نگاهی به آینده علوم گیاهی در آستانه عصر هوش مصنوعی
دکتر اسکندر زند، استاد مؤسسه تحقیقات گیاهپزشکی کشور و همکار مدعو فرهنگستان علوم، با اشاره به ویژهنامه سیامین سالگرد مجله Trends in Plant Science، اظهار کرد که علوم گیاهی در آستانه تحولی بزرگ قرار دارد و آینده آن در همگرایی زیستشناسی، هوش مصنوعی، علوم داده و فناوریهای پیشرفته شکل خواهد گرفت.
کتر اسکندر زند، همکار مدعو شاخه زراعت و اصلاح نباتات گروه علوم کشاورزی و منابع طبیعی فرهنگستان علوم و استاد مؤسسه تحقیقات گیاهپزشکی کشور، در یادداشتی با عنوان «نگاهی به آینده علوم گیاهی در آستانه عصر هوش مصنوعی» نوشت: «سی سال پیش، هنگامی که مجله علمی Trends in Plant Science انتشار خود را آغاز کرد، علوم گیاهی عمدتاً بر پایه فیزیولوژی گیاهی، اصلاح نباتات کلاسیک و زیستشناسی مولکولی نوظهور استوار بود. امروز، در سیامین سالگرد انتشار این مجله، ویژهنامهای منتشر شده است که تصویری متفاوت از آینده این علم ارائه میکند؛ تصویری که نشان میدهد علوم گیاهی در آستانه یکی از بزرگترین دگرگونیهای تاریخ خود قرار گرفته است.»
در این یادداشت آمده است: «مطالعه مقالات این شماره ویژه نشان میدهد که آینده علوم گیاهی دیگر صرفاً در آزمایشگاههای ژنتیک یا مزارع تحقیقاتی رقم نخواهد خورد، بلکه در نقطه تلاقی زیستشناسی، علوم داده، هوش مصنوعی، مهندسی سامانهها و فناوریهای پیشرفته تولید شکل خواهد گرفت. اگر قرن بیستم عصر کشف ژنها بود و دو دهه نخست قرن بیست و یکم عصر ژنومیک، دهههای آینده را باید عصر “طراحی زیستی” نامید؛ عصری که در آن انسان نه تنها گیاهان را مطالعه میکند، بلکه قادر خواهد بود ویژگیهای آنها را با دقتی بیسابقه طراحی و پیشبینی کند.»
در بخش «هوش مصنوعی؛ مهمترین فناوری تحولآفرین علوم گیاهی» این یادداشت آمده است: «در میان همه موضوعات مطرح شده در این ویژهنامه، هیچ موضوعی به اندازه هوش مصنوعی اهمیت ندارد. حجم دادههای تولید شده در علوم گیاهی طی دو دهه اخیر رشدی انفجاری داشته است. فناوریهای ژنومیک، ترنسکریپتومیک، پروتئومیک، فنومیک، سنجش از دور، حسگرهای مزرعهای و سامانههای پایش محیطی هر روز میلیاردها داده جدید تولید میکنند.»
این یادداشت میافزاید: «در گذشته بخش عمدهای از این اطلاعات بلااستفاده باقی میماند، اما اکنون هوش مصنوعی به ابزاری تبدیل شده است که میتواند الگوهای پنهان در این دادهها را شناسایی کند. به کمک الگوریتمهای یادگیری ماشین، پژوهشگران قادر شدهاند ژنهای مؤثر بر صفات پیچیده را شناسایی کنند، عملکرد گیاهان را پیشبینی نمایند و حتی ترکیبهای ژنتیکی مطلوب برای شرایط اقلیمی آینده را طراحی کنند.»
دکتر زند در ادامه یادداشت خود تأکید کرده است: «به نظر میرسد در دهههای آینده هوش مصنوعی به همان اندازه که میکروسکوپ در قرن نوزدهم و فناوری تعیین توالی DNA در اواخر قرن بیستم تحولآفرین بودند، در علوم گیاهی نقشآفرینی خواهد کرد.»
در بخش دیگری از این یادداشت درباره فناوریهای ویرایش ژنوم آمده است: «دومین تحول بزرگ آینده علوم گیاهی به فناوریهای ویرایش ژنوم مربوط میشود. ظهور کریسپر، اصلاح نباتات را وارد مرحلهای تازه کرده است. در گذشته اصلاحگران ناچار بودند هزاران تلاقی و چندین نسل گزینش را انجام دهند تا به صفت مورد نظر برسند. اکنون میتوان تغییرات ژنتیکی مورد نیاز را مستقیماً در محل مورد نظر ژنوم ایجاد کرد.»
این یادداشت تصریح میکند: «اهمیت این تحول تنها در افزایش سرعت اصلاح نباتات نیست. فناوریهای جدید امکان طراحی دقیق مسیرهای متابولیکی، افزایش تحمل به تنشهای محیطی، ارتقای کارایی مصرف آب و حتی اهلیسازی مجدد گونههای وحشی را فراهم کردهاند.»
در ادامه این یادداشت تأکید شده است: «به بیان دیگر، علوم گیاهی در حال عبور از مرحله “انتخاب طبیعت” به مرحله “طراحی هدفمند زیستی” است.»
دکتر زند همچنین با اشاره به پیشرفتهای جدید در زیستشناسی گیاهان نوشته است: «یکی از جذابترین پیامهای این ویژهنامه آن است که هنوز شناخت ما از زیستشناسی گیاهان کامل نشده است. پژوهشهای جدید نشان میدهد که گیاهان دارای سامانههای ارتباطی بسیار پیچیدهتری از آن چیزی هستند که پیشتر تصور میشد.»
در این یادداشت آمده است: «انتقال پیام از طریق ترکیبات شیمیایی فرار، ترشحات ریشهای و شبکههای قارچی زیرزمینی نشان میدهد که گیاهان نه تنها محیط خود را حس میکنند، بلکه میتوانند اطلاعات مربوط به تنشها و خطرات را نیز منتقل نمایند.»
این یادداشت میافزاید: «همزمان، کشف مولکولهای پیامرسان جدید موجب شده است که مفهوم کلاسیک هورمونهای گیاهی نیز مورد بازنگری قرار گیرد. درک این شبکههای پیچیده تنظیمی میتواند مسیرهای جدیدی برای افزایش بهرهوری، مقاومت و سازگاری گیاهان با تغییر اقلیم ایجاد کند.»
در بخش مربوط به کشاورزی در محیطهای کنترلشده آمده است: «گلخانههای هوشمند، مزارع عمودی و سامانههای تولید دقیق در حال تبدیل شدن به زیرساختهای اصلی نوآوری در علوم گیاهی هستند.»
این یادداشت ادامه میدهد: «در این سامانهها تقریباً همه عوامل محیطی قابل کنترل است. چنین قابلیتی نه تنها بهرهوری تولید را افزایش میدهد، بلکه امکان مطالعه دقیق برهمکنش ژن و محیط را فراهم میسازد.»
در ادامه تأکید شده است: «از این منظر، گلخانههای آینده صرفاً محل تولید محصول نخواهند بود؛ بلکه به مراکز تولید دانش، توسعه فناوری و آزمایشگاههای بزرگ زیستشناسی گیاهی تبدیل خواهند شد.»
در بخش پایانی این یادداشت با اشاره به پیامدهای راهبردی این تحولات برای امنیت غذایی جهان آمده است: «پیام نهایی ویژهنامه فراتر از علوم گیاهی است و به آینده امنیت غذایی جهان مربوط میشود. جمعیت جهان همچنان در حال افزایش است، منابع آب و خاک تحت فشار قرار دارند و تغییر اقلیم به یکی از مهمترین تهدیدهای تولید غذا تبدیل شده است.»
دکتر زند در پایان یادداشت خود تأکید کرده است: «در چنین شرایطی، افزایش تولید صرفاً از طریق گسترش سطح زیرکشت یا مصرف بیشتر نهادهها امکانپذیر نخواهد بود. راهکار اصلی، افزایش بهرهوری دانشبنیان است؛ بهرهوریای که بر پایه ژنومیک، هوش مصنوعی، زیستفناوری و کشاورزی دیجیتال شکل میگیرد.» منبع: فرهنگستان علوم- گروه کشاورزی و منابع طبیعی