Araştırmacılar; çiftçilerin, bilgisayar ekranında ürünlerinin büyümelerini ve ürün yeterliliğini izleyip, hakkında öngörüde bulunmalarını sağlayan Dijital Bitki Sistemi geliştirdiler.
Dijital bitkiler, seçici ıslahı hızlandırmaya yardımcı olacak. Bitkiye benzeyen bilgisayar görüntüleri; tasarladıkları “zehirli” olarak adlandırılan ve bitkilerin arzu edilen özelliklerini yükseltmek için seçtikleri ve yeniden dikildikleri, tarım biliminde yeni bir uygulamanın parçasıdır. Bilim adamları, tarımın geleceğinin yalnızca tarlalarda değil grafiklerde olduğuna inanıyor.
Dünyanın şimdiki nüfusu yaklaşık 7,5 milyar insan. Pew Araştırma Merkezi, 2050 yılına kadar bu rakamın, yaklaşık 9,6 milyara ulaşacağını öngörüyor. Daha da kötüsü, araştırmacılar dünya çapında toprak besin maddeleri ve su mevcudiyetinde ciddi düşüşler kaydetti.
Bu sebeple gelecekteki kıt ürünlerin, mevcut kaynaklarımızın az zamanda daha çok verim elde etmesine ihtiyacımız var.
Georgia Teknoloji Enstitüsü‘nde Biyolog Eberhard Voit, gelişen çeşitleri yeniden seçmek ve yeniden üretmek için binlerce yıllık stratejinin çok vakit kaybettireceğini söylüyor. “Daha hedefe yönelik bir yaklaşıma ihtiyacımız var,” diyor. Bu, silico’daki bitkilerin yardımcı olabileceği durumdur. Bilgisayar simülasyonlarını kullanarak bitki büyümesini inceleyen araştırmacılar, hangi özelliklerin en iyi tohumlamayı ve neden geleneksel büyüme sezonuna nazaran çok daha az zaman harcadığını keşfedebilirler.
Siliko veya “silikonlu” terimi, silikon bilgisayar çiplerini tercih eder. Teknik, bilim adamlarının mikroskoplar ve tarlada bitki davranışı hakkında veri toplaması ile başlar. Sonra, verilerdeki matematiksel ilişkileri belirleyen istatistiksel modeller oluştururlar. Ardından araştırmacılar, ölçülen özelliklerin bir ekranda oynatılmasını sağlayan bu denklemleri temel alan simülasyonlar oluşturuyorlar.
Bitkileri görselleştirdikten sonra bilim insanları, hangi faktörlerin en hızlı büyüyen, en kuraklığa dayanıklı veya en az zarara açık olan bitkilerle sonuçlandığını görmek için verileri manipüle edebilir.
Bu yılın başlarında Urbana-Champaign Illinois Üniversitesi araştırmacıları tarafından açıklanan dijital şeker kamışı, silikomitik mahsullerin çiftçilere nasıl yardım ettiğini gösteriyor. Grafikte, yapraklı bir kanopi, gerçek Brezilya şeker kamışı alanlarında ölçülen yükseklikler, yaprak boyutları ve açıları yansıtıyor. Güneş filtreleri, yoğunluğa göre yeşillik boyunca filtre uygular, diğer yapraklarla gölgelidir. Çeşitli şekil ve ışığa maruz kalmalarına tepki olarak, dijital ürün gerçek dünya şeker kamışı bitkilerinin nasıl büyüyeceğini taklit eder.
Çalışmalarında araştırmacılar, simülasyonu dört farklı dikim desenini test etmek için kullandılar: Mükemmel bir simetrik ızgara karşısında, kademeli bir sıra ve kuzeyden güneye-doğudan batıya doğru ekim sıralarının dizilimi…
Modeller; asimetrik ve kuzey-güney uyum oranı en yüksek verimle üretildi. Bu oran, tipik Brezilyalı şeker kamışı tarlalarında şu anda sağlanan yüzde 10’luk bir artışa neden oldu.
İngiltere Lancaster Üniversitesi Bitki Biyolojisi ve Bitki Bilimleri Profesörü ve Illinois’teki Ortak Başkan Stephen Long: “Süper bilgisayarların, ekibin verilerini işleme ve sonuç verme uygulaması tüm gün sürdü. Yine de, bir işlem günü, bütün bir büyüme sezon ile karşılaştırıldığında zaman bile sayılmaz. “
Araştırmacıların modeli, güneş ışığı ve gölgeleme gibi koşulların mahsul büyümesini nasıl etkilediğini ortaya koymaya yardımcı olur. Ancak su bulunabilirliği ve mikrobiyal etkileşimler gibi birçok faktör, bir mısır koçanının veya bir soya küspesinin genişliğini belirler. Bu diğer unsurlar koda dönüştürülmeden önce, bilim insanları gerçek hayatta nasıl çalıştıklarını anlamalıdırlar.
Dünyadaki bitki fizyologları ve biyologlar, hem saha hem laboratuvarda bu önemli soruları araştırıyorlar. Örneğin, aynı zamanda Çin Bilimler Akademisi’nde görev yapan Long ve Illinois’ten meslektaşı Xinguang Zhu; soya fasulyesi ve pirinç gibi mahsullere özgü bir fotosentez türü üzerinde çalışıyor. Voit, lignin adlı bir bitki sertleştirici bileşiğin üretimini kontrol eden araştırmalar yapıyor.
Pennsylvania Eyalet Üniversitesi‘ndeki bitki fizyologlarından Jonathan Lynch, çeşitli toprak besleyici koşulları altında kök davranışına bakıyor. Bilim insanları bu önemli ayrıntıları, silikosimülasyonlarda, bitkilerin hayatta kalma ve büyümelerini kendi laboratuvarlarına dahil edecektir.
Araştırma ekipleri, istedikleri yazılımlarda bireysel araştırma yaparlar ve birçok programı aynı anda çalışamaz ve mantıklı bir bitki üretemez. Böylece The National Center for Supercomputing Applications (NCSA)‘a gelir. Illinois’de bulunan hesaplama tesisi, astrofizikçiler gibi diğer bilim adamlarının matematiği animasyonlara çevirmesine yardımcı olmuştur.
NCSA’daki programcılar, tüm bireysel mahsul modellerini birden fazla programlanabilir özellik gösteren, bir bitkide birleştirebilen bir yazılım çerçevesi inşa ediyor. Bu çoklu görev çerçevesini kullanarak, araştırmacılar istedikleri bitki (benzeri) özelliklerinden herhangi bir ürün yelpazesine ulaşabilecektir.
Videoda; Lynch ve laboratuvarı; kendi tasarımlarında bir görselleştirme sistemi kullanarak, kökü besleyici maddeleri ve nemi emmeye dönüştüren bir kök öznitelik, RCA modelledi. Renkler, kök dalının yüksek yüzdeliğe sahip kısmı trait-kırmızı, düşük yüzdeliğe sahip kısmının ise mavi olarak kullanıldığını gösterir.
Silika bitkiler üzerinde çalışan bilim insanları, bu genç alanın büyüyen potansiyelini ve insanların hayatta kalmaları için gerekli gıdalar hakkında ne öğreneceklerini sabırsızlıkla bekliyorlar.
