Растения постоянно реагируют на окружающую среду: температуру, влажность, питательные вещества, вредителей - все это оставляет электрические следы в их организме. До сих пор этот язык оставался загадкой. Однако швейцарскому стартапу «Vivent Biosignals», базирующемуся в городе Гланд в кантоне Во, удалось их расшифровать - благодаря технологии, которая анализирует эти электрофизиологические сигналы в режиме реального времени, пишет Паскаль Биери в статье, опубликованной швейцарским порталом LID.CH.
Источник: LID.CH. Автор: Паскаль Биери.
Цель? Предоставить фермерам инструмент для раннего выявления нехватки воды, дефицита питательных веществ или вспышек заболеваний с целью оптимизации орошения и повышения урожайности.
Уже более столетия известно, что растения, как и все живые организмы, испускают электрические импульсы в ответ на окружающую среду. Однако до недавнего времени не существовало надежного способа интерпретации этих сигналов.
Компания Vivent Biosignals, основанная в 2012 году Кэрролом Пламмером и Найджелом Уоллбриджем, преодолела этот барьер, объединив высокочувствительные датчики с искусственным интеллектом. Конкретно это означает, что электроды, прикрепленные к растению, непрерывно регистрируют его электрофизиологические сигналы. В то же время алгоритмы машинного обучения анализируют эти данные для выявления повторяющихся закономерностей. Каждый тип стресса - нехватка воды, дефицит питательных веществ, нашествие вредителей - создает определенную электрическую сигнатуру, которую ИИ изучает и классифицирует.
«Наши датчики позволяют нам слышать, что чувствует растение, задолго до появления видимых симптомов», - объясняет Жюльен Де Джорджи, биолог растений в Vivent Biosignals.
В лаборатории стартапа проводятся эксперименты по оптимизации существующих алгоритмов или разработке новых. Во время визита журналиста LID.CH проводилось исследование, направленное на выявление специфического электрического сигнала дефицита кальция.
Электроды на растениях томатов, выращиваемых с использованием минеральной ваты, регистрируют их биоэлектрическую активность - аналогично электрокардиограмме.
Фото: Vivent Biosignals.
Некоторые растения были намеренно лишены кальция. Сравнивая их сигналы с сигналами хорошо питаемых растений, исследователи выявили характерные закономерности, которые служат надежными маркерами этого стресса.
Технологии Vivent Biosignals не ограничиваются лабораторными возможностями. Их уже испытывают в реальных условиях - и результаты убедительные. Эксперимент проводился на плантациях голубики, плоды которой предназначены для парфюмерного дома Dior. Сравнивались два участка: один, который орошался традиционно на основе прогнозов погоды и опыта агрономов, и второй, где орошение начиналось только тогда, когда растения сигнализировали о реальной необходимости с помощью электрических сигналов. Результат? На площади, оснащенной технологией от «Vivent Biosignals», расход воды сократился в шесть раз, а урожайность выросла в 1,5-2 раза.
«Этот эксперимент показывает, что спрос на воду не всегда соответствует нашим ожиданиям, - подчеркивает Найджел Уоллбридж, соучредитель стартапа. - Опираясь непосредственно на электрофизиологические сигналы растений, мы можем значительно оптимизировать орошение».
Эту технологию уже используют фермеры, производители семян и научно-исследовательские институты в Швейцарии и по всему миру. Ее можно использовать для различных культур - от винограда и яблонь до кукурузы и томатов - и она подходит как для использования в теплицах, так и на крупных сельскохозяйственных угодьях. Производители используют ее для регулировки орошения, предотвращения дефицита питательных веществ и оптимизации использования ресурсов. Производители семян, в свою очередь, применяют для оценки устойчивости различных сортов к климатическим условиям.
Помимо управления ресурсами, эта технология также эффективна для раннего выявления заболеваний растений. В то время как фермер замечает проблему только тогда, когда желтеют листья или заражаются плоды, система Vivent Biosignals может обнаружить аномалии гораздо раньше.
На банановых плантациях на Филиппинах эта технология используется для обнаружения ранних признаков заражения фузариозом - вредоносным грибом, который может уничтожить весь урожай. «Цель - определить точный момент, когда растение начинает чувствовать заражение - задолго до появления видимых симптомов», - объясняет биолог растений Жюльен Де Джорджи.
Vivent Biosignals также сотрудничает с научно-исследовательскими институтами для изучения эффектов биостимуляторов - природных растворов, которые повышают устойчивость растений к стрессам окружающей среды.
Несмотря на то, что эта технология уже доступна для различных культур, простота ее использования для фермеров остается важнейшим вопросом. Компания Vivent Biosignals разработала систему таким образом, чтобы ее можно было легко интегрировать в существующие сельскохозяйственные рабочие процессы.
Установка датчиков несложна: они крепятся непосредственно к стеблю растения, не влияя на его рост. После присоединения они функционируют автономно и непрерывно регистрируют электрофизиологические сигналы. Результаты автоматически анализируются и преобразуются в простые рекомендации к действию на компьютере или смартфоне.
«Фермеру не обязательно становиться специалистом по биосигналам, - уверяет Найджел Уоллбридж. - Идея состоит в том, что он может одним взглядом увидеть, все ли в порядке или необходимо предпринять какие-либо действия».
Источник: www.lid.ch. Автор: Паскаль Биери.
На заглавном фото: Найджел Уоллбридж и Жюльен Столл проверяют свою технологию в томатной теплице. Фото: Vivent Biosignals.
