Ученые из Калифорнийского университета в Дейвисе применили технологии искусственного интеллекта, чтобы расширить способности растений к обнаружению бактериальных угроз. Это открытие может привести к созданию новых методов защиты сельскохозяйственных культур, таких как томаты и картофель, от опасных заболеваний. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Plants.

Растения, как и животные, обладают иммунной системой. Одним из её элементов являются специальные рецепторы, позволяющие распознавать бактерии и активировать защитные механизмы. Один из таких рецепторов — FLS2 — способен улавливать флагеллин, белок, содержащийся в жгутиках бактерий. Однако со временем патогены изменяют структуру своих белков, чтобы избежать обнаружения.

«Растения и бактерии находятся в состоянии постоянной «гонки вооружений», и бактерии часто модифицируют аминокислоты флагеллина, чтобы уклониться от иммунного ответа», — объяснила профессор кафедры фитопатологии Гитта Коакер, ведущий автор исследования.

Чтобы дать растениям преимущество в этой борьбе, команда Коакер использовала AlphaFold — инструмент ИИ, способный предсказывать трёхмерную структуру белков. С его помощью учёные перепроектировали рецептор FLS2, повысив его чувствительность к различным формам флагеллина. Исследование основывалось на сравнении рецепторов, уже обладающих широкой распознающей способностью, с менее универсальными аналогами, что позволило выявить нужные аминокислотные изменения.

«Нам удалось «воскресить» рецептор, который ранее был выведен из строя патогеном, и тем самым вернуть растению способность к более точному иммунному отклику», — отметила Коакер.

По её словам, разработанный метод открывает путь к созданию устойчивых к болезням сортов сельскохозяйственных культур. Особое внимание учёные уделяют борьбе с бактерией Ralstonia solanacearum, вызывающей бактериальное увядание. Этот патоген способен поражать свыше 200 видов растений, включая основные продовольственные культуры.

В дальнейшем исследователи планируют использовать машинное обучение для прогнозирования перспективных рецепторов, а также уточнить, какие именно аминокислоты необходимо изменять для усиления иммунитета.

В работе также приняли участие Тяньжунь Ли, Эстебан Харкин Боланьос, Даниэль Стивенс, Хансюй Ша из UC Davis и Даниил Пригожин из Лоуренсской национальной лаборатории в Беркли. Проект получил поддержку от Национального института здравоохранения США и Министерства сельского хозяйства США.

Учёные из Университета короля Абдаллы (KAUST, Саудовская Аравия) сделали важное открытие, которое может значительно улучшить работу водных перезаряжаемых аккумуляторов — более безопасной и дешёвой альтернативы обычным батареям, передает Science Daily.

Как выяснилось, причина быстрого износа этих аккумуляторов кроется в обычной воде. Но всё меняется, если в батарею добавить недорогие соли — например, сульфат цинка. С таким подходом срок службы батареи увеличивается более чем в десять раз.

Ключевым элементом любой батареи является анод — часть, где происходят основные химические реакции, создающие и накапливающие энергию. Но с анодом возникают проблемы: из-за «паразитных» реакций он постепенно разрушается, и батарея теряет свои свойства.

В ходе исследования учёные выяснили, что эти разрушительные реакции вызывает так называемая «свободная вода» — это вода, молекулы которой слабо связаны с другими и легко вступают в нежелательные химические взаимодействия. Но если добавить в батарею сульфат цинка, он действует как своеобразный «водяной клей», укрепляя молекулярные связи и тем самым подавляя разрушительные процессы.

Более того, исследование показало, что сульфат оказывает аналогичный эффект и в батареях с другими металлическими анодами. Это значит, что такой подход можно использовать для самых разных типов водных аккумуляторов.

«Сульфатные соли дешёвые, стабильные и легко доступны. Это делает наше решение не только научно, но и экономически обоснованным», — рассказал ведущий исследователь проекта, профессор Хусам Аль-Шариф.

Интерес к водным аккумуляторам стремительно растёт по всему миру. В отличие от литиевых батарей, они безопаснее и лучше подходят для хранения энергии от возобновляемых источников вроде солнечных электростанций. По прогнозам, к 2030 году рынок водных аккумуляторов может превысить $10 млрд.

Если когда-нибудь случится ядерная война, выжившим предстоит столкнуться не только с разрушениями, но и с «ядерной зимой» — климатической катастрофой, при которой дым и сажа от масштабных пожаров блокируют солнечный свет. Температура на планете резко упадёт, а вместе с ней и способность выращивать еду. Теперь учёные из Университета штата Пенсильвания впервые рассчитали, насколько сильно это скажется на урожае кукурузы — главной зерновой культуры в мире, передаёт Science Daily.

По их оценкам, в случае регионального конфликта (например, между двумя странами) мировой урожай кукурузы может снизиться на 7%. Если же случится полномасштабная ядерная война, падение может достигнуть 80%. Это поставит под угрозу не только кукурузу, но и мировую продовольственную безопасность в целом, поскольку кукуруза используется и как пища, и как корм для животных, и как сырьё для других продуктов.

Учёные просчитали шесть разных сценариев — от «локального конфликта» до «глобального апокалипсиса». Они использовали собственную климатическую модель, которая учитывает, как изменится температура, освещённость и даже химический состав атмосферы.

Кроме снижения температуры, исследование учло ещё один важный фактор — ультрафиолетовое излучение. Оказывается, ядерные взрывы могут разрушить озоновый слой, из-за чего на поверхность Земли будет попадать больше вредного UV-B излучения. Оно повреждает клетки растений и мешает им нормально расти. Это может сократить урожай ещё на 7%, доведя общее падение до 87% — почти полное вымирание привычных сортов кукурузы.

Что делать? Учёные предлагают начать готовиться уже сейчас. Их идея — создать так называемые наборы устойчивого сельского хозяйства. В них будут семена сортов, которые способны расти в холоде и при коротком световом дне. Такие наборы должны быть адаптированы под разные регионы, чтобы в случае глобальной катастрофы можно было хотя бы частично сохранить производство еды.

«Если мы хотим выжить, мы должны быть готовы даже к немыслимым сценариям», — говорит руководитель проекта доктор Юнинг Ши.

Авторы подчёркивают, что ядерная зима — не единственная угроза. Подобный климатический эффект может возникнуть и после мощного извержения вулкана, как это уже случалось в прошлом. Поэтому такие исследования важны не только для сценариев войны, но и для понимания того, насколько уязвима жизнь на Земле в целом.