Los investigadores desarrollan herramientas para escuchar y hablar con las plantas.
En la carrera por desarrollar nuevas tecnologías y métodos para apoyar la agricultura sostenible y los ecosistemas en peligro, los científicos esperan traer una voz importante a la conversación: las plantas mismas. Una subvención de $ 25 millones de la National Science Foundation permitirá a los investigadores de la Universidad de Arizona, la Universidad de Cornell, el Instituto Boyce Thompson y la Universidad de Illinois Urbana-Champaign hacerlo a través del recién establecido Centro de Investigación sobre Sistemas de Plantas Programables.
«Las plantas nos envían señales y nos dicen cosas», dijo Rebecca Mosher, investigadora principal del proyecto en UArizona y profesora asociada de la Facultad de Ciencias Vegetales. «¿Podemos interpretar mejor esas señales para comprender lo que están haciendo y lo que necesitan?»
A través de la subvención del NSF Science and Technology Center, UArizona recibirá $ 3.5 millones durante los próximos cinco años para aprovechar la experiencia en biología molecular de plantas, análisis de datos para ayudar a las plantas a informar sus experiencias digitalmente en tiempo real y tecnología de detección remota, como la robótica. escáner de campo en el Centro Agrícola Maricopa de la universidad.
Internet de los seres vivos
El concepto de Internet de los objetos no es nuevo. De hecho, los consumidores ya han integrado la tecnología en su vida diaria, explicó Mosher.
«Los electrodomésticos más nuevos, como termostatos, refrigeradores e incluso microondas, están diseñados con sensores integrados que podemos conectar a nuestros teléfonos, lo que nos permite controlar las cosas en casa o incluso apagar el aire acondicionado o las luces desde medio país de distancia. «, dijo Mosher, miembro del Instituto BIO5 de la universidad. «Queremos aplicar ese concepto y tecnología a los sistemas de plantas vivas».
Las tecnologías de teledetección se han utilizado en la agricultura desde la década de 1950. Los drones, las sondas de sensores y las imágenes avanzadas pueden ayudar a los agricultores a identificar parcelas en sus campos que necesitan más nutrientes o agua e incluso detectar patógenos que amenazan los cultivos. La Internet de los seres vivos aprovecharía la tecnología existente y desarrollaría nuevos métodos para detectar las necesidades de las plantas a una escala biológica mayor.
«Tenemos ingenieros en el proyecto que trabajarán para crear nuevas tecnologías para recopilar estos datos», dijo Mosher. «Imagine robots que puedan nadar en el suelo para mirar las raíces o tecnología de drones que pueda capturar imágenes hiperespectrales, esas longitudes de onda que no podemos ver».
Para administrar y traducir las cantidades masivas de datos de sensores producidos por estos dispositivos, el equipo se basará en la infraestructura computacional y la experiencia en análisis complejos proporcionados por CyVerse, un espacio de trabajo científico abierto dirigido por UArizona para el descubrimiento colaborativo basado en datos.
«El Internet de las cosas es un sello distintivo de la Cuarta Revolución Industrial, que ha sido un área de enfoque clave para la universidad», dijo el presidente de la Universidad de Arizona, Robert C. Robbins. «El trabajo que están haciendo la Dra. Mosher y su equipo no solo es fascinante, sino que también tiene el potencial de resolver desafíos críticos como cómo hacer que la agricultura sea más sostenible y otras preocupaciones urgentes que enfrentan los agricultores de todo el mundo».
Cultivos para el futuro
La información recopilada puede ayudar a los investigadores no solo a comprender mejor cómo las plantas interactúan con sus entornos, sino también a desarrollar nuevas técnicas para mejorar los cultivos para hacer frente a los desafíos de un clima global cambiante.
«Este proyecto representa un cambio fundamental en la forma en que los biólogos estudian las plantas», dijo Duke Pauli, profesor asistente en la Facultad de Ciencias de las Plantas. «Por primera vez, podremos comunicarnos con las plantas, lo que nos permitirá explorar cómo responden a entornos dinámicos en los que no evolucionaron y potencialmente generar nuevas plantas para nuestro entorno cambiante».
Como biólogo molecular, Mosher está muy entusiasmado con la perspectiva de diseñar nuevas vías para que las plantas se comuniquen con sus homólogos humanos. «Queremos desarrollar sistemas para comprender mejor lo que las plantas nos dicen en su propio idioma, por ejemplo, ‘Este patrón de crecimiento significa que me gustaría más nitrógeno, por favor'», dijo Mosher.
Otros investigadores de UArizona en el proyecto incluyen a los biólogos moleculares Jesse Woodson, Mark Beilstein y Judith Brown de la Facultad de Ciencias de las Plantas, así como a Nirav Merchant, director del Instituto de Ciencia de Datos.
«Si nuestra investigación va a tener un impacto transformador, ya sea mitigando el cambio climático o creando los trabajos de biociencia del futuro, tenemos que aprovechar las complejas redes de genes, proteínas y otras biomoléculas en el trabajo y las oportunidades no lineales que presentan». dijo Shane Burgess, vicepresidente de la División de Agricultura, Ciencias de la Vida y Veterinaria y Extensión Cooperativa. «Este equipo está abriendo la puerta para comprender las complejidades de los sistemas de la planta y aplicar ese conocimiento a los desafíos futuros».
