U studiji slučaja, naučnici su otkrili skupu infekciju u vinovoj lozi cabernet sauvignon pre nego što su pokazali simptome vidljive ljudskom oku.
Uvenuće plesni, bakterije koje trule korenje, virusi i drugi biljni patogeni uništavaju oko 15% do 30% globalnih žetva svake godine. Rano otkrivanje može napraviti razliku između neuspelog useva i useva koji se može lečiti.
Koristeći vazdušni naučni instrument razvijen u NASA-inoj Laboratoriji za mlazni pogon u južnoj Kaliforniji, istraživači su otkrili da mogu tačno uočiti prikrivene znake bolesti grožđa koja nanosi milijarde dolara godišnje štete na usevu. Tehnika daljinskog otkrivanja mogla bi da pomogne u praćenju ovog i drugih useva na zemlji.
U par novih studija, istraživači sa JPL-a i Univerziteta Kornel fokusirali su se na virusnu bolest zvanu GLRaV-3 (skraćenica od virusnog kompleksa 3 povezanog sa listanjem listova vinove loze). Primarno širen insektima, GLRaV-3 smanjuje prinose i kiselost u razvoju voća, koštajući američku industriju vina i grožđa oko 3 milijarde dolara štete i gubitaka godišnje. Obično se detektuje napornim izviđanjem loza po lozu i skupim molekularnim testiranjem. Prva studija objavljena je u Phitopathologi.
Istraživački tim je želeo da vidi da li bi mogli da pomognu uzgajivačima da rano identifikuju GRLaV-3 infekcije i iz vazduha korišćenjem mašinskog učenja i NASA-inog spektrometra za vidljivu/infracrvenu sliku sledeće generacije (AVIRIS-NG). Optički senzor instrumenta, koji beleži interakciju sunčeve svetlosti sa hemijskim vezama, korišćen je za merenje i praćenje opasnosti kao što su šumski požari, izlivanje nafte, gasovi staklene bašte i zagađenje vazduha povezano sa vulkanskim erupcijama.
Tokom kampanje za mapiranje curenja metana u Kaliforniji 2020. godine patolog dr Kejti Gold i njen tim iskoristili su priliku da postave drugačije pitanje: da li bi AVIRIS-NG mogao da otkrije skrivenu infekciju useva u jednom od najvažnijih regiona za proizvodnju grožđa u državi ?
„Poput ljudi, bolesne biljke možda neće odmah pokazati spoljašnje simptome, što čini rano otkrivanje najvećim izazovom sa kojim se susreću uzgajivači“, rekao je Gold, docent na Univerzitetu Kornel i viši autor novih studija. U slučaju virusa prevrtanja lišća vinove loze, može proći i do godinu dana pre nego što loza odaje znakove infekcije, kao što su obezbojeno lišće i zakržljali plodovi. Međutim, na ćelijskom nivou, stres je uveliko u toku pre toga, menjajući način na koji sunčeva svetlost stupa u interakciju sa biljnim tkivom.
Postavljen u stomak istraživačkog aviona, AVIRIS-NG je posmatrao otprilike 11.000 hektara vinograda u Lodiju u Kaliforniji. Region — koji se nalazi u srcu Centralne doline Kalifornije — je glavni proizvođač vrhunskog vinskog grožđa u državi.
Tim je uneo zapažanja u kompjuterske modele koje su razvili i obučili da razlikuju infekciju. Da bi pomogli da se provere rezultati, saradnici iz industrije su istraživali više od 300 hektara vinograda sa zemlje u potrazi za vidljivim virusnim simptomima dok su sakupljali uzorke vinove loze za molekularno testiranje.
Gold je primetio da je to bio radno intenzivan proces, preduzet tokom toplotnog talasa u Kaliforniji. „Bez napornog rada uzgajivača, industrijskih saradnika i izviđačkih timova, ništa od onoga što smo postigli ne bi bilo moguće“, rekla je ona. Slični napori će se nastaviti u okviru NASA Acres konzorcijuma, čiji je Gold vodeći naučnik.
Istraživači su otkrili da su bili u stanju da razlikuju nezaražene i zaražene vinove loze i pre i nakon što su postale simptomatske, pri čemu su modeli sa najboljim učinkom postigli 87% tačnosti. Uspešno rano otkrivanje GLRaV-3 moglo bi pomoći da se uzgajivačima grožđa obezbedi do godinu dana upozorenja da intervenišu.
U komplementarnom radu objavljenom u Journal of Geophisical Research: Biogeosciences, istraživači su rekli da njihova studija slučaja pokazuje kako nove mogućnosti u vazduhu i svemiru mogu podržati napore za praćenje patogena na zemlji. Ove mogućnosti uključuju predstojeće misije poput NASA-ine površinske biologije i geologije (SBG)—deo flote misija koje će sačinjavati opservatoriju zemaljskog sistema agencije. Rekli su da će SBG obezbediti podatke koji se mogu koristiti u kombinaciji sa mašinskim učenjem za donošenje poljoprivrednih odluka na globalnom nivou.
Fernando Romero Galvan, doktorant i autor obe studije, primetio je da su održive poljoprivredne prakse važnije nego ikada u suočavanju sa klimatskim promenama. „Mislim da su ovo uzbudljiva vremena za daljinsko ispitivanje i otkrivanje bolesti biljaka“, rekao je on. „Skalabilna rešenja mogu pomoći uzgajivačima da donose odluke o održivom upravljanju usevima zasnovane na podacima.“
„Ono što smo uradili sa ovom studijom cilja na jednu oblast Kalifornije za jednu bolest“, rekao je koautor Rajan Pavlik, istraživački tehnolog u JPL. „Krajnja vizija koju imamo je da to uradimo širom planete za mnoge bolesti useva i za uzgajivače širom sveta.“
