В условиях, когда изменение климата и участившиеся засухи угрожают мировой продовольственной безопасности, ученые ищут новые способы создания более выносливых сельскохозяйственных культур. Ключ к решению этой проблемы может скрываться под землей — в корневых системах растений. Исследователи из Университета Ла Троба в Австралии совершили настоящий прорыв, разработав систему на основе искусственного интеллекта, которая способна «видеть» скрытые признаки засухоустойчивости в корнях пшеницы, открывая новые горизонты для селекции.
Корневая система — это основа жизни растения, отвечающая за его закрепление в почве, а также за поглощение воды и питательных веществ. Однако из-за сложности изучения подземных структур ученые долгое время полагались на простые измерения, такие как длина или толщина корней. Такой подход не позволял оценить всю сложность их архитектуры и упускал из виду тонкие особенности, которые и определяют способность растения выживать в условиях нехватки влаги.
Новый метод, получивший название «Алгоритмические признаки корней» (ART), использует возможности машинного обучения для анализа цифровых изображений корневых систем. Вместо того чтобы полагаться на заданные человеком параметры, искусственный интеллект самостоятельно анализирует снимки и выявляет сложные пространственные закономерности. В частности, система научилась находить плотные скопления корней, которые играют решающую роль в эффективном поиске и поглощении воды, но часто остаются незамеченными при обычном анализе.
Для проверки эффективности своей разработки команда ученых протестировала систему на различных сортах пшеницы с известной степенью устойчивости к засухе. Результаты оказались впечатляющими. Модель, основанная исключительно на данных нового алгоритма ART, смогла определить засухоустойчивость растения с точностью 96,3%, что значительно превосходит показатели традиционных методов, достигавших лишь 85,6%. При объединении нового и классического подходов точность прогнозирования достигла почти идеальных 97,4%.
Это открытие имеет огромное практическое значение. Новая технология предоставляет селекционерам мощный и быстрый инструмент для отбора наиболее перспективных растений на ранних стадиях. Теперь можно будет гораздо эффективнее создавать новые сорта пшеницы, способные давать урожай даже в засушливых условиях. Это жизненно важно для обеспечения глобальной продовольственной безопасности, ведь пшеница является основным продуктом питания для миллиардов людей по всему миру.
Потенциал новой технологии не ограничивается только пшеницей или изучением засухоустойчивости. Подобный подход может быть адаптирован для анализа других растений и их частей, для ранней диагностики болезней по едва заметным изменениям во внешнем виде или для выявления других ценных сельскохозяйственных признаков. Объединяя визуальный анализ с генетическими данными, ученые смогут глубже понять механизмы, лежащие в основе жизнестойкости растений.
Данное исследование, поддержанное Исследовательским центром сельского хозяйства штата Виктория, является ярким примером того, как союз биологии и современных цифровых технологий помогает решать важнейшие мировые проблемы. Позволяя ученым «заглянуть за пределы видимого», подобные инструменты прокладывают путь к созданию устойчивого сельского хозяйства и обеспечению надежного продовольственного будущего для всего человечества.
