تطوير تقنية ثلاثية الأبعاد لتحديد النباتات الموفرة للماء

طور باحثون من جامعة "ولاية بنسلفانيا" الأمريكية، نموذجًا حاسوبيًا جديدًا يحدد النباتات الموفرة للماء، من خلال تصوير خلاياها بالتقنية ثلاثية الأبعاد لدراسة تفاعلها مع بعضها خلال عملية التركيب الضوئي.

وتفوق النموذج الحاسوبي الذي طوره علماء الحاسوب بدقته على نظرائه من النماذج التي تحلل بنية الخلايا، ما يسمح بإجراء تجارب لتحديد النباتات الأكثر قدرة على التكيف مع التغير المناخي.

وأشار الباحثون في دراستهم المنشورة في مجلة "باترنز" العلمية، إلى أنهم "استخدموا أشعة ليزرية لقياس تغير الخلايا الدفاعية وتفاعلها مع الخلايا الأخرى، ما يسمح بتحديد درجة توفير النبات للماء".

وقالت طالبة الدكتوراة دولزودما دافاسورين، المشاركة بالدراسة: "يستغرق الخبراء حاليًا حوالي 8 ساعات لتحديد الخلايا الدفاعية في الصور ثلاثية الأبعاد، ولكن أتمتة العملية التي يقومون بها، تسمح بتوفير الوقت، وزيادة القدرة على دراسة عدد أكبر من الخلايا"؛ وفقًا لموقع "فيز دوت أورغ".

واختبر الباحثون تقنيتهم الجديدة على نوع محدد من الخلايا النباتية، من خلال أخذ صور ثلاثية الأبعاد للخلايا الدفاعية المحيطة بالمسامات التي تتحكم بكميات بخار الماء وثاني أكسيد الكربون المارة خلالها.

ودعم الباحثون النموذج الحاسوبي المدعو "3دي سيل نت" بنظام ترميز لحماية المعلومات، وأضافوا نموذجًا يركز على مناطق محددة من الصور ثلاثية الأبعاد، ودربوا النموذج باستخدام 5 صور فقط.

وتفوق النموذج الحاسوبي بسرعته ودقته على جميع علماء الخلايا الحيوية، فضلًا عن تفوقه على النموذج الأصلي المبني على أساسه، بالإضافة إلى النماذج ثنائية الأبعاد أيضًا.

وقال الأستاذ الدكتور جيمس وانغ، المشارك بالدراسة: "من وجهة نظر علوم الحاسوب، يمكن أن تكون تجربتنا هي الأولى من نوعها في تدريب الآلة على أمثلة محدودة للوصول إلى نتائج عالية الدقة".

وأضاف: "لو أردنا تشبيه تقنيتنا بالتصوير الطبي الذي يتضمن تصويرًا ثلاثي الأبعاد، فإنه لا يتعرض لمشكلة تبعثر الضوء، ما يجعله من أولى التقنيات القادرة على حل هذه المشكلة".

ويخطط الباحثون لدراسة استجابة الخلايا الدفاعية للجفاف، وكيفية تحكمها بانتقال الماء عبر الخلايا النباتية، ما يفسح المجال أمام حلول جديدة للتعامل مع الاحتياجات الغذائية للزيادة السكانية وتأثرها بالتغير المناخي.