Masačiusetsas. JAV mokslininkai, pasitelkę kompiuterinius algoritmus nustatyti optimalias augimo sąlygas, skelbiasi užauginę skaniausius pasaulyje kada nors ragautus bazilikus.

Mokslininkai, susibūrę į Masačiusetso technologijos instituto (MIT) Atviros žemės ūkio iniciatyvos („OpenAg“) grupę, mano, kad pagerinti maistinių augalų skonį, sustiprinti gydomąsias savybes ir padidinti derlių galima suderinus botanikos ir chemijos žinias bei automatizuotos (kompiuterizuotos) sistemos algoritmus.

Maisto gamyba tradiciniame žemės ūkyje susiduria su daugybe iššūkių, pvz., atliekų mažinimas, paklausos patenkinimas, skonio palaikymas ir maisto užtikrinimas. Šiems iššūkiams įveikti galima panaudoti aplinką, kurioje taikoma dirbtinė klimato kontrolė arba „kibernetinė žemdirbystė“.

Tokiomis aplinkybėmis fenotipinė augalo raiška (masė, derlius, skonis ir maistinės medžiagos) gali būti suaktyvinami per „klimato faktorius“, kur šviesa, vanduo, maistinės medžiagos, temperatūra ir kiti klimato bei ekologiniai kintamieji yra optimizuoti, siekiant gauti norimą rezultatą.

Šešiolika Atviros žemės ūkio iniciatyvos („OpenAg“) tyrėjų, vykdydami projektą „Kibernetinis aromatinių augalų žemės ūkis“ teigia, kad surado galimybę užauginti skaniausius pasaulyje kada nors ragautus bazilikus (Ocimum basilicum). Nebuvo remtasi jokiomis genetinėmis modifikacijomis: mokslininkai naudojo kompiuterinius algoritmus, kad nustatytų optimalias augimo sąlygas, kurios maksimaliai padidintų kvapiųjų molekulių, žinomų kaip lakieji junginiai, koncentraciją.

Toks požiūris yra augalų genetinio modifikavimo, kuriuo yra patenkinti ne visi, alternatyva.

„Tai naujo „kibernetinio žemės ūkio“ pradžia“, – sako pagrindinis Masačusetso technologijos instituto (MIT) mokslininkas ir „OpenAg“ grupės direktorius Kalebas Harperis (Caleb Harper). Jo grupė dabar susikoncentravusi sustiprinti žmonių ligas padedančias įveikti žolelių savybes, taip pat tikisi padėti augintojams prisitaikyti prie kintančių klimato sąlygų, nes tiria, kaip augalai auga skirtingomis sąlygomis.

„Mūsų tikslas – sukurti atviro kodo technologiją, susidedančią iš duomenų gavimo, stebėjimo ir kompiuterizuoto algoritmo sukūrimo principų, ir pritaikyti ją moksliniams žemės ūkio tyrimams tokiu būdu, kuris anksčiau nebuvo išbandytas, – aiškina K. Harperis. – Mes kuriame tinklinį įrankį, kuris apima augalo fenotipą, genetiką, jam stresą sukeliančių veiksnių rinkinį, ir suskaitmeniname, kad galėtume suprasti ir valdyti augalo ir aplinkos sąveiką.“

Bazilikų tyrime, kuris pateiktas balandžio 3 d. recenzuojamame atviros prieigos žurnale „PLOS One“, mokslininkus nustebino tai, kad geriausias jų skonis išgautas augalus apšviečiant 24 valandas per parą. „Tradiciniai žemės ūkio tyrimo metodai niekada nepadarė tokios įžvalgos, – apibendrina „OpenAg“ grupės tyrimo vadovas ir tyrimo autorius Džonas de la Para (John de la Parra). – Realiame pasaulyje nėra 24 valandų fotoperiodo. Tam reikėjo dirbtinių sąlygų, kad galėtume gauti tokius duomenis.“

Pagrindiniai tyrimo autoriai, be minėtų, taip pat yra Teksaso universiteto Ostine kompiuterinių mokslų profesorius Ristas Mikulainenas (Risto Miikkulainen) ir neuronų tinklų mokslininkas Elijotas Mejersonas (Elliot Meyerson), MIT molekulinių technologijų mokslininkė Arielė Džonson (Arielle Johnson) ir specialus Atviros žemės ūkio iniciatyvos projektų asistentas Timotis Savas (Timothy Savas).

Išsklaidyti slaptumą

„OpenAg“ augalai, su kuriais atliekami tyrimai, auginami MIT Mokslinių tyrimų ir inžinerijos centro Middletone (JAV) specialiuose konteineriuose, kurie sumontuoti taip, kad būtų galima atidžiai kontroliuoti aplinkos sąlygas, įskaitant šviesą, temperatūrą ir drėgmę.

„Kontroliuojamasis aplinkosauginis žemės ūkis, vertikalusis ūkininkavimas, miestietiškas ūkininkavimas – ir kitaip vadinamas inovatyvus ūkininkavimas vis dar yra nišinė rinka, tačiau sparčiai auga“, – komentuoja K. Harperis. Japonijoje viena iš tokių „gamyklų“ kas savaitę pagamina šimtus tūkstančių salotų gūžių. Tačiau kol tai pavyko, buvo daug nesėkmingų bandymų, be to, labai mažai kompanijų, dirbančių šioje srityje, dalijasi informacija.

Vienas iš MIT iniciatyvos tikslų yra įveikti tokį slaptumą, kad visi „OpenAg“ programinės įrangos ir kiti duomenys būtų laisvai prieinami.

„Šiuo metu žemės ūkyje yra trūksta viešai prieinamų mokslinių duomenų, stokojama duomenų rinkimo standartų ir dalijimosi duomenimis, – sako K. Harperis. – Taigi, nors kompiuterizuotas mokymasis ir dirbtinis intelektas bei pažangios algoritmavimo sistemos tobulėja labai greitai, tačiau prasmingų žemės ūkio duomenų rinkimas atsilieka. Mūsų įrankiai yra atviro kodo šaltiniai, tikimės, kad jie sparčiau sklinda ir sugebės kartu sujungti tinklinius mokslus.“

MIT komanda siekė parodyti savo požiūrio įgyvendinimo galimybes, apimančias augalų auginimą skirtingomis sąlygomis hidroponinėse talpyklose, kurias jie vadina „maisto kompiuteriais“. Ši sąranka leido jiems keisti šviesos trukmę ir ultravioletinės šviesos poveikio trukmę. Kai augalai užaugo, tyrėjai, naudodami tradicinius analizinės chemijos metodus, tokius kaip dujų chromatografija ir masių spektrometrija, įvertino bazilikų skonį matuodami lapuose randamų lakiųjų junginių koncentraciją.

Mokslininkai siekė ne tik sustiprinti skonines augalų savybes, bet ir išgauti iš bazilikų kuo daugiau junginių, padedančių kovoti su tokiomis ligomis kaip diabetas, nes minėti junginiai kontroliuoja cukraus kiekį kraujyje.

Visa informacija, gauta iš eksperimentų su augalais, buvo perkelta į kompiuterizuotas sistemas ir paversta algoritmais. Algoritmai įvertino milijonus galimų šviesos ir UV trukmės derinių ir sukūrė sąlygas, kurios maksimaliai padidintų skonį, įskaitant 24 valandų dienos šviesos režimą.

Šiuo metu mokslininkai tiria kitų aplinkos kintamųjų, tokių kaip temperatūra, drėgmė ir šviesos spalva, derinimo, taip pat augalų hormonų ar maistinių medžiagų poveikį. Viename tyrimų etape augalai buvo paveikti chitozanu, išgaunamu apdorojant krevečių ar kitų vėžiagyvių kiautus, todėl augaluose gaminosi cheminiai junginiai, atbaidantys vabzdžius.

Tyrime naudojamos modernios skaitmeninės žemės ūkio idėjos, siekiant sistemingai keisti augalų cheminę sudėtį, keičiant aplinkos sąlygas, kuriomis augalai auginami. Tai rodo, kad mes galime pasinaudoti duomenų skaitmeninimo galimybėmis ir kontroliuojamomis sąlygomis, kad maksimaliai padidintume skonį ir derlingumą.

MŪ inf.