Мы наносим вред флоре не только вырубая её, но и выбрасывая ядовитые вещества. Для борьбы с изменением климата и сдерживания глобальной температуры Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) ясно дала понять, что удаление углерода является необходимостью. В соответствии с этим, ученые из Института Салка создают установки по улавливанию углерода с помощью искусственного интеллекта, одновременно улучшая корневые системы растений. Эта оптимизация призвана увеличить количество хранимого углерода и продлить срок его хранения.
В Институте Салка ведется уникальное сотрудничество, в рамках которого используется интеллектуальное программное обеспечение SLEAP для изучения характеристик растений. Это помогает ускорить развитие растений, борющихся с изменением климата. SLEAP — это простая в использовании компьютерная программа, которая использует искусственный интеллект (ИИ) для мониторинга различных особенностей роста корней . Первоначально она была создана научным сотрудником Института Салка Талмо Перейрой для отслеживания движений животных в лабораториях. Но теперь Перейра и профессор Вольфганг Буш, специалист по растениям из Института Салка, работают над использованием SLEAP для растений.
Буш, занимающий должность заведующего кафедрой растениеводства имени Хесса в Институте Салка, сказал: «Нам уже удалось создать самый обширный на сегодняшний день каталог фенотипов корневых систем растений, что действительно ускоряет наши исследования по созданию растений, поглощающих углерод и борющихся с изменением климата. Благодаря профессиональному программному обеспечению Talmo, SLEAP оказался настолько простым в применении и использовании, что станет незаменимым инструментом в моей лаборатории в будущем».
Чем SLEAP лучше?
Отличительной особенностью SLEAP является инновационное использование как компьютерного зрения (способности компьютеров понимать изображения), так и глубокого обучения (типа искусственного интеллекта, который обучает компьютеры учиться и работать подобно человеческому мозгу). Эта комбинация позволяет исследователям анализировать изображения, не обрабатывая каждый пиксель вручную. Вместо этого они могут просто пропустить этот трудоемкий этап и сразу перейти от изображения к идентификации конкретных особенностей растений.
Элизабет Берриган , аналитик-биоинформатик в лаборатории Буша и один из первых авторов исследования, сказала: «Мы разработали надежный протокол, проверенный на нескольких типах растений, который сокращает время анализа и количество человеческих ошибок, при этом делая акцент на доступности и простоте использования — и это не потребовало никаких изменений в самом программном обеспечении SLEAP».
Исследователи не изменили основную технологию SLEAP , а разработали загружаемый инструментарий под названием sleap-roots (доступен как программное обеспечение с открытым исходным кодом здесь). С помощью sleap-roots SLEAP можно изучать биологические характеристики корневых систем, такие как глубина, масса и угол роста.
Это, наряду с масштабными усилиями по секвенированию генома для понимания данных о генотипах многих сортов сельскохозяйственных культур, может позволить ученым использовать фенотипические данные (например, о глубокой корневой системе растения) для выявления генов, ответственных за формирование таких признаков.
А вы знаете, что ученые создают настоящие электростанции для сбора энергии ветра и дождя?
Основные моменты:
- Благодаря новому способу использования SLEAP можно изучать, насколько глубоко и широко растут растения, насколько большой становится их корневая система, а также другие физические характеристики.
- Его использование на растениях помогло исследователям создать самую большую коллекцию фенотипов корневой системы растений.
- Более того, наблюдение за этими физическими характеристиками корней помогает ученым идентифицировать гены, связанные с этими признаками.
- Они могут анализировать, контролируются ли несколько признаков одними и теми же генами или они независимы.
- Это помогает команде Солка выяснить, какие гены наиболее полезны для их конструкций растений.
Исследователи открыли новый и инновационный способ ухода за растениями с помощью электронных меток для деревьев ePlant TreeTags.
Влияние SLEAP на селекцию растений
Команда Солка протестировала пакет sleap-roots на различных растениях. Сюда вошли такие важные культуры, как соя, рис и рапс, а также модельное растение Arabidopsis thaliana — цветущий сорняк из семейства крестоцветных.
- На всех этих заводах они обнаружили, что новый метод на основе SLEAP показал лучшие результаты по сравнению с существующими методами.
- Он классифицировал данные в 1.5 раза быстрее, обучал модель ИИ в 10 раз быстрее и даже предсказывал структуру растений на основе новых данных в 10 раз быстрее.
- Он выполнил все функции, сохранив и/или даже повысив точность.
Этот этап сопоставления физических признаков (фенотипа) и генетического состава (генотипа) крайне необходим для достижения цели Института Салка по разработке растений, способных накапливать больше углерода в течение более длительного времени. Таким растениям необходима более сильная и глубокая корневая система. Используя это эффективное и точное программное обеспечение, Инициатива по использованию потенциала растений сможет с революционной легкостью и скоростью связывать желаемые фенотипы с конкретными генами.
Ученые из Солка создают установки по улавливанию углерода с помощью искусственного интеллекта: следующие шаги
При разработке SLEAP и sleap-roots Перейра уделял первостепенное внимание доступности и воспроизводимости. Поскольку программное обеспечение и инструментарий sleap-roots доступны бесплатно, исследователи с нетерпением ждут, как sleap-roots будет использоваться в глобальном масштабе. Они уже начали переговоры с учеными НАСА об использовании этого инструмента не только для управления растениями, поглощающими углерод на Земле, но и для анализа растений в космосе.
Команда по сотрудничеству в Salk также не собирается распускаться в ближайшее время. Она готова взяться за новую и инновационную задачу — использовать SLEAP для анализа 3D-данных. Они планируют продолжать улучшать, расширять и делиться SLEAP и sleap-roots в течение многих лет. Однако даже сейчас их применение в инициативе Salk's Harnessing Plants уже ускоряет проектирование растений. Это вносит вклад в усилия Института по борьбе с изменением климата.
Источник : Искусственный интеллект помогает ученым создавать растения для борьбы с изменением климата.
