과학자들이 AI를 활용하여 기후 변화에 맞서 식물을 개량하고 있습니다

대기 중 탄소 과다는 많은 기후 변화를 촉발하며 동물과 식물과 함께 우리의 존재 자체에 실제적인 위협이 되고 있습니다. 극심한 폭염, 폭풍, 긴 가뭄 기간, 그리고 파괴적인 홍수가 그 결과입니다. 따라서 대기 중 탄소를 줄이는 데 도움이 되는 무언가가 필요한데, 식물보다 더 나은 것은 없습니다. 네, 눈에도 좋고 평온한 환경과 좋은 에너지를 제공하는 녹색 식물들 말입니다.

식물은 자연적인 능력을 가지고 있어 대기 중 이산화탄소를 흡수합니다. 살크의 과학자들은 이 식물의 동일한 특성을 활용하여 뿌리를 재설계하여 더 많은 탄소를 저장할 수 있도록 함으로써 공기 중 이산화탄소를 정화하고 있습니다. 그들의 정교한 새로운 도구인 SLEAP은 뿌리 성장의 다양한 특징을 추적하는 인공지능 소프트웨어입니다.

기후 변화에 맞서기 위한 새로운 식물 설계

살크 연구소의 '식물 활용 이니셔티브(Harnessing Plants Initiative, HPI)' 프로그램은 이미 식물이 바이오매스에 탄소를 저장하고 있다는 점을 활용하여 탄소를 저장하는 솔루션 개발에 중점을 두고 있습니다. 그러나 식물이 죽거나 작물이 수확되면 저장된 탄소가 다시 대기로 돌아가기 때문에 저장은 보통 일시적입니다. 살크는 더 많은 탄소를 더 긴 시간 동안 저장할 수 있는 능력을 높이는 데 주력하고 있습니다.

HPI 과학자들은 이러한 기후를 구하는 식물을 설계하기 위해 SLEAP을 사용하고 있습니다. 이는 사용하기가 매우 쉬우며 원래는 실험실에서 동물 이동을 추적하기 위해 설계되었으며, 이제 뿌리 구조 연구에 채택되었습니다. 

최근 연구에서 연구원들은 SLEAP의 새로운 프로토콜을 공개했으며, 이는 SLEAP 이전에는 측정하는 데 매우 피곤하고 시간이 많이 걸렸던 깊이, 너비, 시간이 지남에 따른 성장 크기 및 기타 물리적 특성 같은 뿌리 특징을 분석할 것입니다.

SLEAP은 식물 연구에서 도약

SLEAP은 이미 과학자들을 돕고 있으며, 그들은 광범위한 식물 뿌리 시스템 카탈로그를 생성했습니다. 이러한 식물 뿌리 시스템을 식별하면 과학자들이 찾고 있는 특징과 관련된 유전자를 찾을 수 있습니다. 또한 식물의 여러 특징이 동일한 유전자에 의해 정의되는지 여부를 정의하는 데에도 도움이 될 것입니다. 

살크 연구원들은 새로운 식물 설계에 도움이 되는 유전자가 무엇인지 결정할 수 있게 될 것입니다. SLEAP 개발에 참여한 과학자 엘리자베스 베리간(Elizabeth Berrigan)은 다음과 같이 말합니다.

"우리는 분석 시간과 인간 오류를 줄이고 접근성 및 사용 편의성을 강조하는 여러 식물 유형에서 검증된 강력한 프로토콜을 만들었습니다. 이는 실제 SLEAP 소프트웨어에 어떠한 변경도 필요하지 않았습니다."

출처: 살크 연구소.

살크 연구원들은 쌀, 카놀라, 대두 등 다양한 식물 유형에서 모델을 테스트했습니다. 또한 과학적으로 아라비도프시스 탈리아나(Arabidopsis thaliana)로 불리는 겨자과 개화 잡초에 대해서도 테스트했으며, 실험 결과 SLEAP은 이전 관행보다 AI 모델 학습 속도가 10배 빠르고 새로운 데이터에서 식물 구조 예측 속도도 10배 빠릅니다.

연구진은 이제 SLEAP을 사용하여 3차원 뿌리 구조를 조사하는 새로운 과제에 집중하고 있습니다. 살크 연구소에서 연구 과정을 가속화하고 있는 만큼 SLEAP을 활용한 연구는 계속될 예정입니다.