ნანოტექნოლოგიის პოტენციალის გამოვლენა სოფლის მეურნეობაში

რადგან გლობალური სურსათზე მოთხოვნა კვლავ იზრდება, ტექნოლოგია სულ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება სოფლის მეურნეობაში მოწინავე სტრატეგიების ინტეგრაციისთვის. კალიფორნიის უნივერსიტეტის რივერსაიდის მიერ გამოქვეყნებული ბოლოდროინდელი მიმოხილვითი ნაშრომი ხაზს უსვამს ნანოტექნოლოგიის ტრანსფორმაციულ პოტენციალს სოფლის მეურნეობაში.

ნანოტექნოლოგიას, რომელიც უკვე გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა მედიკამენტების მიზნობრივი მიწოდების სამედიცინო პრაქტიკაში, შეუძლია ანალოგიურად რევოლუცია მოახდინოს სასოფლო-სამეურნეო პრაქტიკაში აგროქიმიკატების მცენარეებისთვის ზუსტი მიწოდებით.

„ნანომატარებლები (NCs), რომლებსაც შეუძლიათ აქტიური აგენტების, საკვები ნივთიერებებისა და გენეტიკური მასალების მცენარეებში ზუსტად მიწოდება, კულტურების მეურნეობას კლიმატის ცვლილების მიმართ უფრო მდგრადს და მდგრადს გახდის“, - წერენ კვლევის ავტორები.

„როგორც კვლევის სფერო, ნანო-სოფლის მეურნეობა კვლავ ვითარდება და მნიშვნელოვანი სამეცნიერო და საზოგადოებრივი ბარიერების გადალახვაა საჭირო.“

ნანოტექნოლოგიის გაგება

ნანოტექნოლოგია გულისხმობს მასალების მანიპულირებას ატომური ან მოლეკულური მასშტაბით. მისი მასშტაბის უკეთ წარმოსაჩენად, ნანომეტრი მეტრის ერთი მილიარდი ნაწილია - დაახლოებით 100 000-ჯერ პატარაა ადამიანის თმაზე.

ეს სიზუსტე საშუალებას იძლევა ნაერთების მიზანმიმართული მიწოდებისა მედიცინაში, თუმცა მისი გამოყენება სოფლის მეურნეობაში დიდწილად გამოუყენებელი რჩება.

ეფექტური სოფლის მეურნეობის გადაუდებელი აუცილებლობა

კვლევაში ჩართულმა კალიფორნიის უნივერსიტეტის რივერსაიდის ასოცირებულმა პროფესორმა, ხუან პაბლო ჟირალდომ, ხაზი გაუსვა სოფლის მეურნეობის ამჟამინდელი მეთოდების არაეფექტურობას.

„არსებობს კვლევები, რომლებიც პროგნოზირებენ, რომ 2050 წელს 2020 წლის დონესთან შედარებით, საკვების წარმოების 60%-მდე გაზრდა დაგვჭირდება. ამჟამად, ჩვენ ამის გაკეთებას არაეფექტური აგროქიმიკატების მიწოდების გზით ვცდილობთ“, - თქვა პროფესორმა ჯირალდომ.

„ფერმებში გამოყენებული სასუქის ნახევარი გარემოში იკარგება და მიწისქვეშა წყლებს აბინძურებს. ფართოდ გამოყენებული პესტიციდების შემთხვევაში კი საქმე კიდევ უფრო უარესადაა. მხოლოდ 5% აღწევს დასახულ მიზნებს. დანარჩენი კი გარემოს აბინძურებს. გაუმჯობესების დიდი ადგილია.“

2050 წლისთვის სურსათის წარმოების 60%-მდე გაზრდის აუცილებლობის გათვალისწინებით, არსებული მიდგომა არამდგრადია. ის არა მხოლოდ რესურსებს ხარჯავს, არამედ ამწვავებს გარემოს დაბინძურებას და მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს გლობალური სათბურის გაზების ემისიების ზრდას.

ნანომედიცინის ინოვაციური გადაწყვეტილებები

ექსპერტებმა დეტალურად განიხილეს ნანომედიცინის რამდენიმე სტრატეგია, რომელთა ადაპტირებაც სოფლის მეურნეობაშია შესაძლებელი. ერთ-ერთი ასეთი მიდგომა გულისხმობს ნანომასალების დაფარვას შაქრით ან პეპტიდებით, რომლებიც მცენარეულ უჯრედებზე სპეციფიკურ ცილებს მიმართავენ, აგროქიმიკატების ზუსტად იქ მიმართვას, სადაც ისინი საჭიროა, მაგალითად, მცენარის სისხლძარღვში ან პათოგენური ინფექციის ადგილებში.

„ჩვენ ვნერგავთ მიზანმიმართულ მიწოდების ტექნოლოგიებს, რომლებიც დაფუძნებულია ნანომასალების შაქრით ან პეპტიდებით დაფარვაზე, რომლებიც ამოიცნობენ მცენარის უჯრედებსა და ორგანელებზე არსებულ სპეციფიკურ ცილებს“, - თქვა ჯირალდომ.

„ეს საშუალებას გვაძლევს, მცენარის არსებული მოლეკულური მექანიზმი გამოვიყენოთ და სასურველი ქიმიკატები მცენარეს იქ მივაწოდოთ, სადაც ის სჭირდება, მაგალითად, მცენარის სისხლძარღვში, ორგანელებში ან მცენარეთა პათოგენური ინფექციების ადგილებში.“

ეს მეთოდი ზრდის მცენარის მდგრადობას დაავადებებისა და არასასურველი გარემო პირობების მიმართ, როგორიცაა ექსტრემალური სიცხე ან ნიადაგის მაღალი მარილიანობა.

ხელოვნური ინტელექტის როლი სოფლის მეურნეობაში

მიმოხილვა ასევე იკვლევს ხელოვნური ინტელექტისა და მანქანური სწავლების გამოყენებას მცენარეების გამოთვლითი მოდელების შესაქმნელად, რომლებიც სამედიცინო კვლევაში გამოყენებული „ციფრული ტყუპების“ მსგავსია.

მოდელებს შეუძლიათ მცენარეში საკვები ნივთიერებებისა და ქიმიკატების გადაადგილების სიმულირება, რაც შესაძლებელს ხდის ნანომატარებლების მოლეკულების შექმნას, რომლებიც ამ ნივთიერებებს ეფექტურად მიაწვდიან.

პროფესორმა ჟირალდომ ეს შეადარა ფილმ „ რკინის კაცის“ ხელოვნური ინტელექტის სისტემას , რომელიც სოფლის მეურნეობისთვის ნანონაწილაკების დიზაინის ინტელექტუალურ სახელმძღვანელოს გვთავაზობს.

„ეს ჰგავს JARVIS-ს (უბრალოდ საკმაოდ ინტელექტუალური სისტემა) ფილმიდან „რკინის კაცი“. არსებითად, ეს არის ხელოვნური ინტელექტის სახელმძღვანელო, რომელიც დაგვეხმარება სოფლის მეურნეობისთვის კონტროლირებადი მიწოდების თვისებების მქონე ნანონაწილაკების დიზაინში“, - აღნიშნა ჯირალდომ. „ჩვენ შეგვიძლია ამ ტყუპ სიმულაციებს გავაგრძელოთ რეალურ ცხოვრებაში მცენარეებზე ჩატარებული ექსპერიმენტებით, რათა მივიღოთ უკუკავშირი მოდელებზე“.

ნანოტექნოლოგიის მომავალი სოფლის მეურნეობაში

იმედისმომცემი პერსპექტივის მიუხედავად, ამ ტექნოლოგიების სრულად დანერგვამდე არსებობს მნიშვნელოვანი გამოწვევების გადალახვა.

კვლევის თანაავტორმა, კარნეგი მელონის უნივერსიტეტის პროფესორმა გრეგ ლოურიმ, ხაზგასმით აღნიშნა ტექნიკური დაბრკოლებები, თუმცა მცენარეთა ნანობიოტექნოლოგიის მომავლის მიმართ ოპტიმისტურად არის განწყობილი.

„ნანოტექნოლოგიებით მცენარეებში აქტიური აგენტების ზუსტი მიწოდება გარდაქმნის სოფლის მეურნეობას, თუმცა არსებობს კრიტიკული ტექნიკური გამოწვევები, რომლებიც პირველ რიგში უნდა გადავლახოთ, რათა მისი სარგებლის სრული სპექტრი გამოვიყენოთ“, - განაცხადა პროფესორმა ლოურიმ.

„ოპტიმისტურად ვარ განწყობილი მცენარეთა ნანობიოტექნოლოგიის მიდგომების მომავლისა და იმ სასარგებლო გავლენის მიმართ, რაც მას საკვების მდგრადი წარმოების ჩვენს უნარზე ექნება.“

ნანოტექნოლოგია: გზა მდგრადი სოფლის მეურნეობისკენ

საბოლოო ჯამში, ნანოტექნოლოგიას შეუძლია შემოგვთავაზოს სოფლის მეურნეობისადმი უფრო მწვანე და ეფექტური მიდგომა, რაც მინიმუმამდე დაიყვანება გარემოზე ზემოქმედება და ამავდროულად მაქსიმალურად გაზრდის მოსავლიანობას.

ამ ტექნოლოგიის პროგრესირებასთან ერთად, მას შეუძლია გადამწყვეტი როლი ითამაშოს გარემოსდაცვითი მდგრადობისა და გლობალური სასურსათო უსაფრთხოების ორმაგი გამოწვევის მოგვარებაში.

„ამ მიმოხილვაში ჩვენ ვამტკიცებთ, რომ ძუძუმწოვრების ნანომედიცინიდან გაკვეთილების სწავლა შესაძლებელია. კერძოდ, შესაძლოა ეფექტურობისა და ეფექტიანობის გაზრდა იმის გაგების გაუმჯობესებით, თუ როგორ მოქმედებს ნანომატარებლების თვისებები მათ ურთიერთქმედებაზე მცენარეთა ზედაპირებთან და ბიომოლეკულებთან, ასევე მათ უნარზე, გადაიტანონ და მიაწოდონ ტვირთი კონკრეტულ ადგილებში“, - წერენ მკვლევარები.

„NC-ქარხნის ურთიერთქმედების სწრაფად შესაფასებლად და მცენარეებში მიზნობრივი მიდგომების დიაპაზონის შესასწავლად და გადასამოწმებლად საჭიროა ახალი ინსტრუმენტები.“

კვლევა ჟურნალ Nature Nanotechnology-ში გამოქვეყნდა.