Wissenschaftler entwickeln Pflanzen, um dem Klimawandel mit KI zu bekämpfen

Zu viel Kohlenstoff in der Atmosphäre löst viele klimatische Veränderungen aus und stellt eine echte Bedrohung für unsere Existenz sowie für Tiere und Pflanzen dar. Extreme Hitzewellen, Stürme, lange Dürreperioden und katastrophale Überschwemmungen sind die Folge. Daher brauchen wir etwas, das helfen kann, den Kohlenstoff in der Atmosphäre zu reduzieren, und nichts ist besser als Pflanzen – ja, die grünen Pflanzen, die nicht nur gut aussehen, sondern auch eine ruhige Umgebung und gute Energie bieten.

Pflanzen ziehen Kohlendioxid aus der Atmosphäre, weil sie die natürliche Fähigkeit dazu haben. Wissenschaftler am Salk nutzen diese gleiche Eigenschaft der Pflanzen, um die Luft von Kohlendioxid zu reinigen, indem sie ihre Wurzeln so umgestalten, dass sie mehr Kohlenstoff speichern können. Ihr hochentwickeltes neues Werkzeug, SLEAP, ist eine Software für künstliche Intelligenz, die verschiedene Merkmale des Wurzelwachstums verfolgt.

Neue Pflanzen entwickeln, um dem Klimawandel zu begegnen

Das Programm der Salk Institute namens Harnessing Plants Initiative (HPI) konzentriert sich auf die Entwicklung von Lösungen, um Pflanzen zur Speicherung von Kohlenstoff zu nutzen, da Pflanzen bereits Kohlenstoff in ihrer Biomasse speichern. Die Speicherung ist jedoch meist nur vorübergehend, da bei Absterben der Pflanzen oder Ernte der gespeicherte Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre gelangt. Salk versucht, die Kapazität zur Speicherung von mehr Kohlenstoff über längere Zeiträume zu erhöhen.

HPI-Wissenschaftler verwenden SLEAP, um diese klimasparenden Pflanzen zu entwerfen. Es ist sehr einfach zu bedienen und wurde ursprünglich entwickelt, um Tierbewegungen im Labor zu verfolgen, und wird nun zur Untersuchung von Wurzelstrukturen angepasst. 

In einer kürzlich durchgeführten Studie stellten Forscher das neue Protokoll von SLEAP vor, das Wurzeleigenschaften analysieren wird, wie tief sie wachsen, ihre Breite, wie groß sie mit der Zeit werden, und andere physische Merkmale, die vor SLEAP sehr mühsam und zeitaufwändig zu messen waren.

SLEAP ist ein großer Schritt vorwärts in der Pflanzenforschung

SLEAP hilft Wissenschaftlern bereits dabei, da sie einen umfangreichen Katalog von Pflanzenwurzelsystemen erstellt haben. Die Identifizierung dieser Wurzelsysteme wird Wissenschaftlern helfen, Gene zu finden, die mit den Merkmalen verbunden sind, nach denen sie suchen. Es wird auch dabei helfen zu definieren, ob mehrere Merkmale einer Pflanze von denselben Genen definiert werden oder nicht. 

Salk-Forscher werden in der Lage sein zu bestimmen, welche Gene für die Entwicklung ihrer neuen Pflanzen hilfreich sind. Elizabeth Berrigan, eine Wissenschaftlerin, die an der Entwicklung von SLEAP beteiligt war, sagt:

„Wir haben ein robustes Protokoll erstellt, das in mehreren Pflanzentypen validiert wurde und die Analysezeit sowie menschliche Fehler reduziert, wobei gleichzeitig Zugänglichkeit und Benutzerfreundlichkeit betont werden – und dies erforderte keine Änderungen an der eigentlichen SLEAP-Software.“

Quelle: Salk Institute.

Die Salk-Forscher testeten das Modell an verschiedenen Pflanzentypen, zum Beispiel Reis, Raps und Sojabohne. Sie testeten es auch für die blühende Unkrautart der Kreuzblütlerfamilie, wissenschaftlich Arabidopsis thaliana genannt, und stellten nach den Versuchen fest, dass SLEAP beim Training KI-Modellen 10-mal schneller ist als frühere Methoden und 10-mal schneller bei der Vorhersage der Pflanzenstruktur auf neuen Daten.

Forscher konzentrieren sich nun auf eine neue Herausforderung, nämlich die Untersuchung von 3D-Wurzelstrukturen mit SLEAP. Die Forschung mit SLEAP wird fortgesetzt, da sie den Forschungsprozess am Salk Institute bereits beschleunigt.