Что помогает улучшить вкус растений? Специалисты из Медиа-лаборатории при Массачусетском технологическом институте (MIT Media Lab) дают нестандартный ответ: алгоритмы машинного обучения. Недавно учёные из подразделения Open Agriculture Initiative (OpenAg) вырастили базилик с улучшенными вкусовыми качествами.
Все эксперименты проводились на складе в Миддлтоне, штат Массачусетс. В рамках программы OpenAg специалисты выращивали растения в транспортных контейнерах, которые были модернизированы так, чтобы условия окружающей среды, включая свет, температуру и влажность, можно было тщательно контролировать. Там же находись специальные гидропонные установки.
Примечательно, что у такого вида сельского хозяйства существует несколько названий: контролируемое экологическое сельское хозяйство, вертикальное фермерство и даже городское сельское хозяйство. Сами же специалисты OpenAg называют свои контейнеры «пищевыми компьютерами».
Отмечается, что учёные не использовали никаких генетических модификаций. Они применили компьютерные алгоритмы для определения оптимальных условий выращивания растений, чтобы максимизировать концентрацию летучих соединений.
«Пищевые компьютеры» позволили учёным изменять продолжительность светового и ультрафиолетового воздействия. Как только растения были выращены, исследователи оценили вкус базилика, измерив концентрацию летучих соединений в листьях. В этом им помогли традиционные методы аналитической химии: газовая хроматография и масс-спектрометрия.
Выяснилось, что базилик превосходит по своим вкусовым качествам другие растения, и этого авторам работы помог добиться свет. К удивлению учёных, оказалось, что 24-часовое световое воздействие помогает значительно улучшить вкус базилика.
В целом исследователи вырастили 2000 растений в своих контейнерах, меняя условия освещения, в том числе цвет, интенсивность и продолжительность.
Вся информация, полученная в ходе экспериментов, была «скормлена» алгоритмам машинного обучения. Последние были разработаны учёными из MIT и их коллегами. Алгоритмы оценивали миллионы возможных комбинаций продолжительности воздействия света и УФ-излучения и генерировали наборы условий, которые максимизировали бы вкусовые характеристики зелени.
Как говорит главный научный сотрудник MIT Media Lab Калеб Харпер (Caleb Harper), пока это лишь начало для новой области – «киберфермерства». На сегодняшний день его группа работает над улучшением лекарственных свойств растений.
Не секрет, что базилик и другие растения содержат соединения, помогающие контролировать уровень сахара в крови, пишут авторы исследования. Предыдущие работы показали, что различные условия окружающей среды могут увеличивать количество таких соединений. По этой причине учёные хотят вырастить базилик с большим количеством соединений, которые могли бы помочь справиться с диабетом.
Специалисты также заинтересованы в применении киберфермерства ради повышения урожайности лекарственных растений, например, вида Madagascar periwinkle. Это растение является единственным источником противораковых соединений – винкристина и винбластина.
Кроме того, учёные изучают эффекты «настройки» других переменных окружающей среды: температуры, влажности и даже цвета света, а также влияния фитогормонов или питательных веществ. Например, в рамках одного такого эксперимента они подвергли растение воздействию хитозана, и это заставило растение производить различные химические соединения, чтобы отразить нападение насекомых.
Авторы работы также надеются помочь растениям адаптироваться к изменению климата, изучая, как культуры растут в разных условиях.
Обычно на изучение влияния различных условий на урожай уходят годы (а то и десятилетия), а в контролируемой сельскохозяйственной среде многие эксперименты могут быть проведены за короткий период времени, считают эксперты.
В рамках своей образовательной миссии исследователи также разработали небольшие «персональные пищевые компьютеры» – коробки, которые могут использоваться для выращивания растений в контролируемых условиях и отправки данных команде MIT. Сегодня ими пользуются многие школьники в США, а также другие пользователи из 65 стран мира, которые могут делиться своими идеями и результатами в Сети.
Источник: nauka.vesti.ru