Изследователи от Калифорнийския университет твърдят, че прилагането на нанотехнологии в селското стопанство може да помогне на производителите да посрещнат нарастващите световни нужди от храна.
Според ново проучване на Калифорнийския университет усъвършенстваните технологии, които позволяват прецизно доставяне на лекарства до определени клетки в тялото, могат да бъдат от полза и за селското стопанство.
Учените твърдят, че тези технологии са от решаващо значение за земеделските производители, за да отговорят на нарастващите световни нужди от храна.
Проучването е публикувано в списание Nature Nanotechnology и е дело на изследователи от Калифорнийския университет в Ривърсайд и Университета Карнеги Мелън. В статията се посочват някои от най-известните стратегии за подобряване на селското стопанство с помощта на нанотехнологии.
Но какво точно представляват нанотехнологиите? Изследователите я определят като "общ термин за изучаване и проектиране на микроскопично малки неща", тъй като нанометърът е една милиардна част от метъра или около 100 000 пъти по-малък от ширината на човешки косъм.
Въпреки че с помощта на нанотехнологиите лекарствата вече могат да се доставят там, където са най-необходими, тези познания все още не са приложени в растителната наука в голям мащаб.
"Съществуват проучвания, според които през 2050 г. ще трябва да увеличим производството на храни с до 60% спрямо нивата от 2020 г. В момента се опитваме да постигнем това чрез неефективно доставяне на агрохимикали", казва Хуан Пабло Хиралдо, доцент от UCR и съавтор на статията.
"Половината от всички торове, прилагани в земеделските стопанства, се губят в околната среда и замърсяват подпочвените води. В случая с често използваните пестициди положението е още по-лошо. Само 5 процента от тях достигат предвидените цели. Останалата част в крайна сметка замърсява околната среда. Има много възможности за подобрение", продължава Жиралдо.
Според авторите на проучването през 2024 г. на селското стопанство ще се падат до 28% от глобалните емисии на парникови газове. В допълнение към редица други фактори - от екстремни метеорологични явления до разрастващи се вредители по културите и бързо деградираща почва, изследователският екип смята, че това подчертава необходимостта от нови селскостопански практики и технологии.
В рамките на своя преглед учените хвърлят светлина върху конкретни подходи, заимствани от наномедицината, които биха могли да се използват за доставяне на пестициди, хербициди и фунгициди до конкретни биологични цели.
"Ние сме пионери в технологиите за целенасочено доставяне, основани на покриване на наноматериали със захари или пептиди, които разпознават специфични протеини в растителните клетки и органели", обяснява Жиралдо.
"Това ни позволява да използваме съществуващия молекулярен механизъм на растението и да насочваме желаните химикали към местата, където растението се нуждае от тях, например растителната васкулатура, органелите или местата на заразяване с растителни патогени."
Експертите споделят, че този подход има потенциала да повиши устойчивостта на растенията към болести и фактори на околната среда, като екстремни горещини и висока соленост на почвата. Те също така твърдят, че той може да предложи и по-екологичен метод с намалени извънцелеви ефекти.
Друга стратегия, разгледана в документа, е използването на изкуствен интелект и машинно обучение за създаване на "цифров близнак". Изследователите в областта на медицината използват изчислителни модели или "цифрови пациенти", за да симулират как лекарствата взаимодействат и се движат в тялото. Изследователите на растенията могат да направят същото, за да проектират молекули наноносители, които доставят хранителни вещества или други агрохимикали до органите на растенията, където те са най-необходими.
"Това е като J.A.R.V.I.S. (Just A Rather Very Intelligent System) от филма "Железният човек". По същество това е ръководство с изкуствен интелект, което помага за проектирането на наночастици с контролирани свойства за доставка в селското стопанство", казва Жиралдо.
"Можем да проследим тези двойни симулации с реални експерименти с растения за обратна връзка с моделите."
"Прецизното доставяне на активни вещества в растенията с помощта на нанотехнологии ще преобрази селското стопанство, но има критични технически предизвикателства, които първо трябва да преодолеем, за да реализираме пълния спектър на ползите от него", каза Грег Лоури, професор по инженерство в Карнеги Мелън и съавтор на обзорния документ. "Оптимист съм за бъдещето на подходите на растителната нанобиотехнология и за благоприятното въздействие, което тя ще окаже върху способността ни да произвеждаме устойчиво храна."
