Kaip skaičiavimo biologija yra žemės ūkio ateitis – globalūs klausimai
Posted on
Megan Matthews
Nuomonė pateikė Megan Matthews (Champaign, Ilinojus)
„Inter Press“ paslauga
Champaign, Ilinojus, gegužės 22 d. (IPS). Kai novatoriškas agronomas ir „Žaliosios revoliucijos“ tėvas Normanas Borlaugas pasiryžo veisti ligas atsparią, labai derlingą kviečių įvairovę, jis praleido daugelį metų sunkiai sodindamas ir apdulkindamas skirtingus pavyzdžius rankomis. Jis rankiniu būdu katalogavo kiekvieną rezultatą, kol nusileido įvairiai, kuri pakeis ūkininkavimą ir išvengtų bado. Rezultatas buvo dar didesnis nei tikėtasi: apskaičiuota, kad jis išgelbėjo daugiau nei milijardą žmonių visame pasaulyje nuo bado.
Megan Matthewstoday, Skaičiavimo priemonės, tokios kaip modeliavimas, gali būti naudojamos informuoti ir numatyti numatomus ankstyvojo etapo eksperimentų rezultatus, padedant nustatyti, kurioms strategijoms siekti ir sumažinti laiką, reikalingą tam pačiam tikslui pasiekti. Kadangi pasaulis susiduria su tuo pačiu egzistenciniu poreikiu, kaip ir Borlaugo metu, kad būtų galima transformuoti žemės ūkį, kad būtų galima tvariai maitinti pasaulio gyventojus, veiksmingesnės technologijos ir procesai yra kritiški. Kompiuterinė biologija ir modeliavimas siūlo įrankius, kurie gali nukreipti mokslininkus į perspektyviausias kylančių tyrimų sritis ir paspartinti proveržio atradimus, reikalingus ūkininkavimui, kad ūkininkavimas būtų teisingesnis ir tvaresnis. Duomenų analizės, informatikos ir modeliavimo derinimas, skaičiavimo biologija sujungia šiuos metodus, kad geriau suprastų biologines sistemas. Įspūdinga galimybė pasėlių mokslo horizontui yra ankstyva pažanga link inžinerijos javų pasėlių, kad būtų galima įsigyti savo maistinių medžiagų ir sumažinti trąšų poreikį. Tokie ankštiniai augalai, žirniai ir lęšiai jau turi tokius sugebėjimus, tačiau pagerinę maistinių medžiagų įsisavinimą ir augimą ne legaliuose augaluose augalai turėtų transformacinį poveikį derliui ir tvarumui. Tyrėjai, įskaitant tuos, kurie dalyvavo inžinerinėse maistinių medžiagų simbiozėse žemės ūkio (ENSA) projekte, dirbančiame su rėmėjais, tokiais kaip Gates žemės ūkio naujovės, tiria augalų sąveiką su dirvožemio bakterijomis, vadinamomis rizobija, taip pat arbuskuliniais mikoriziniuose grybeliuose (AMF), kuri teikia augalą nitrogenu ir fosforu. Pasinaudoję šį sugebėjimą, būtų sumažintas neorganinių trąšų poreikis tiekti šias pagrindines maistines medžiagas, užtikrinant daugybę pranašumų. Viena vertus, trąšos dažnai yra didelės išlaidos ūkininkams, ypač per pastaruosius kelerius metus. Tai gali būti draudžiamos išlaidos ūkininkams mažas pajamas gaunančiose šalyse ar bendruomenėse. Be to, per didelis trąšų vartojimas gali sukelti neigiamą poveikį aplinkai. Azoto trąšų gamyba ir naudokite maždaug penkių procentų šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą, o pagamintas azoto oksidas yra 300 kartų didesnis nei anglies dioksidas. Trąšų nuotėkis taip pat sukelia pavojingą dumblių žydėjimą, kuris išsivysto vandens keliuose, ir užmuša vandens biologinę įvairovę. Nors daugiau augalų suteikia biologiškai galimybių gauti maistinių medžiagų naudos, iki šiol nebuvo aišku, koks tikslus šių maistinių medžiagų simbiozių poveikis augalams. Kalbant konkrečiau, mokslininkai žino, kad dirvožemio bakterijų ar grybelių ir augalų sąveika daro įtaką augimui, bet ne dėl to, kiek. Naujausi mano grupės tyrimai tai pirmą kartą ištyrė, naudojant metabolinį kukurūzų modelį. Tai išanalizavo hipotetinį kukurūzų augimo tempą, jei jis įgyja galimybę sąveikauti su rizobija, kurios šiuo metu neturi. Modelis taip pat įvertino augimo greitį, kai kukurūzai yra susiję su AMF. Rhizobia padeda fiksuoti azotą, iš oro ištraukdamas azotą ir dalijasi juo su augalais mainais už anglies. Vietoj to, AMF padeda augalams pasiekti daugiau maistinių medžiagų dirvožemyje, viršijančiame tai, ką galima pasiekti vien jų šaknys. Rezultatai rodo, kad sukrauti šiuos bruožus, kad būtų galima sąveikauti tiek su Rhizobija, tiek su AMF, daugiau nei dvigubo kukurūzų augimo tempai gali būti ribotos maistinių medžiagų sąlygomis. Nors modelis neprognozuoja derliaus pokyčių, pagrįstai galima tikėtis, kad didesni augimo tempai tokiomis sąlygomis taip pat padidins derlių. Modeliavimo rezultatai yra ypač reikšmingi, atsižvelgiant į pasaulinę kukurūzų, kaip maisto saugumo derlių, svarba. Pvz., Kukurūzai yra vienas iš svarbiausių pasėlių Afrikoje į pietus nuo Sacharos, teikiančioje trečdalį visų suvartojamų kalorijų, tačiau regionas patiria chroniškai mažesnį kukurūzų derlių nei kitose pasaulio dalyse. Vidutiniškai mažų kukurūzų augintojams Afrikoje į pietus nuo Sacharos su dviejų ha sklypu, dvigubų kukurūzų derliaus kiekvienais metais prilygtų papildomai 1000 USD. Naudodamiesi modeliu, kuris buvo sukurtas ir patvirtintas naudojant eksperimentinius duomenis, mes sugebėjome kiekybiškai pabrėžti šių dviejų metodų sujungimo galimybes, kuriems kitaip nebuvo suteikta pirmenybė. Neatliekant modeliavimo, tokios rūšies analizė prireiktų metų, kad būtų galima surinkti, įvertinti ir klasifikuoti, be to, reikia sėkmingai inžinerijos azoto fiksuojančių kukurūzų, kurių šiuo metu nėra. Pernelyg dažnai modeliavimas ir eksperimentinis mokslas traktuojamas kaip atskiras ir skiriasi vienas nuo kito. Ir vis dėlto, kai kartu, abu siūlo didžiulį potencialą paspartinti pasėlių mokslą visuomenės labui. Nereikia ryškios vaizduotės, kad būtų galima apsvarstyti daugybę būdų, kaip modeliavimas gali padėti patvirtinti ir pateisinti tyrimų prioritetus. Vėliau šiais metais suvienijus šias disciplinas Eksperimentinės biologijos draugijos kasmetinėje konferencijoje, tikiuosi uždegti pokalbį apie tai, kaip modeliavimas gali palaikyti ir patobulinti transliacinį eksperimentinį mokslą. Dirbdami kartu galime suderinti pažangą, kurią darome siekdami tvaresnių maisto sistemų visiems.
Naujasis Indijos pasiuntinys Kanadoje sako, kad Otava turėtų pasitraukti nuo sumažinto prekybos susitarimo ir siekti išsamaus prekybos ir investicijų susitarimo su daugiausia gyventojų turinčia pasaulio […]
JAV prezidentas Donaldas Trumpas pakartojo savo dažnai balsuojantį norą ketvirtadienį įsigyti Kanadą ir Grenlandiją-šį kartą su šalia jo sėdinčiu NATO lyderiu. „Manau, kad taip nutiks“,-sakė […]
Izraelio gynybos ministras penktadienį perspėjo, kad didžiausias Gazos miestas gali būti sunaikintas, nebent „Hamas“ derės dėl jo šalies sąlygų, nes pirmaujanti pasaulyje maisto krizių institucija […]
