I recenti progressi dell'intelligenza artificiale (AI) e delle tecnologie informatiche stanno cambiando il modo in cui comprendiamo le piante e le loro interazioni con l'ambiente. Questi sviluppi potrebbero aiutare i selezionatori a sviluppare colture più resistenti e a preparare gli agricoltori a un futuro di sfide crescenti. Con una popolazione mondiale in crescita e le pressioni del degrado del suolo, dei parassiti, delle malattie e dei cambiamenti climatici, questo è fondamentale.
Lo stato delle cose :
Gli algoritmi di intelligenza artificiale non sono una novità nella scienza delle piante. I robot si aggirano per i campi, fotografano le piante e utilizzano metodi di apprendimento profondo per rilevare le malattie e analizzare le caratteristiche delle piante. Ciò consente di raccogliere dati precisi e coerenti in agricoltura.
Ma i più recenti strumenti basati sull'intelligenza artificiale si spingono oltre e consentono ai ricercatori di decodificare i complessi meccanismi interni della biologia delle piante.
L'intelligenza artificiale e le tecnologie informatiche aprono la strada a piante più resistenti
Un esempio notevole è il progetto AlphaFold di Google DeepMind, che ha aumentato la copertura delle proteine vegetali a oltre 60 %, portando a una comprensione più approfondita della biologia strutturale delle piante. Ricercatori come Jake Harris dell'Università di Cambridge stanno utilizzando questa tecnologia per comprendere le modifiche chimiche del DNA delle piante che svolgono un ruolo nelle risposte agli stress.
Un altro progetto interessante è lo sviluppo di un gemello digitale di un melo da parte di Daniel Uyeh della Michigan State University. Utilizzando LiDAR, telecamere e altri sensori, si stanno creando modelli digitali dettagliati di alberi in condizioni diverse. Ciò consente agli agricoltori di simulare le condizioni climatiche e di campo future e di pianificare di conseguenza.
Oltre i geni: suolo, clima e coltivazione
I recenti progressi dell'intelligenza artificiale consentono agli scienziati delle piante di guardare oltre i geni e le proteine. I ricercatori dell'Università del Kentucky hanno dimostrato che gli algoritmi di apprendimento automatico possono prevedere la composizione genetica di una vite a partire dal microbioma del suolo. Ciò suggerisce che le piante potrebbero essere allevate per ospitare meglio i microbi benefici, riducendo così la quantità di acqua o di sostanze chimiche necessarie per la coltivazione.
Nuove tecnologie e loro implicazioni
L'integrazione delle tecnologie di sequenziamento dell'RNA a singola cellula (scRNA-seq) nella ricerca sulle piante rappresenta un altro importante progresso. Il metodo RevGel-seq, sviluppato di recente, consente una preparazione più efficiente e flessibile dei campioni, permettendo di approfondire la biologia delle cellule vegetali. Questa tecnica potrebbe essere utile per comprendere meglio i meccanismi molecolari alla base delle risposte delle piante agli stress ambientali.
Sfide e prospettive future
Nonostante gli impressionanti progressi, l'integrazione dell'IA nella biologia vegetale deve affrontare delle sfide. Mancano immagini digitalizzate di vari aspetti fisici delle piante ed è difficile trovare scienziati che comprendano sia la biologia che l'informatica. Inoltre, le scienze vegetali spesso non offrono gli stipendi e i finanziamenti disponibili nella ricerca medica.
Tuttavia, i modelli linguistici di grandi dimensioni (LLM) che alimentano i chatbot e altri strumenti di intelligenza artificiale offrono un futuro promettente. Questi modelli potrebbero consentire di decodificare il linguaggio del DNA e delle proteine e di comprendere le interazioni tra le diverse regioni del genoma.
I più recenti progressi nell'IA e nelle tecnologie computazionali offrono una visione più dettagliata delle piante e delle loro interazioni con l'ambiente. Queste tecnologie hanno il potenziale per rivoluzionare la biologia delle piante, sviluppare colture più resistenti e aiutare gli agricoltori a prepararsi per un futuro caratterizzato dalle sfide del cambiamento climatico e dalla crescita della popolazione globale. Anche se ci sono ancora alcune sfide da superare, il futuro dell'agricoltura con questi nuovi strumenti è promettente ed entusiasmante.
Per ulteriori informazioni sugli attuali sviluppi della biologia vegetale e dell'intelligenza artificiale, visitare il sito web Conferenza sulla biologia vegetale 2024(Biologia vegetale 2024).
Fonti
- Progressi nella biologia delle piante grazie ai progressi nel sequenziamento dell'RNA di una singola cellula (phys.org)
- L'intelligenza artificiale nella biologia strutturale è destinata a rimanere (nature.com)
- Sette tecnologie da tenere d'occhio nel 2024 (nature.com)
- Panoramica del programma | Biologia vegetale 2024 (plantbiology.aspb.org)