El crecimiento exponencial de la población es un asunto que lleva preocupando a la sociedad desde los últimos 100 años. La velocidad a la que se están produciendo los cambios en nuestra estructura social son insostenibles en términos ecológicos. En este punto podríamos mencionar numerosos aspectos que ponen en riesgo a nuestros ecosistemas, así como a nuestro modelo de vida, y que son propios y engendrados por la actividad humana. Hablando del cambio climático, resumiríamos en un solo factor cientos de aspectos (salinización de los suelos, aumento de las temperaturas, aparición de nuevas enfermedades, sequía…) y, por ello, lo vamos a mantener como el escenario en el que van a desarrollarse todos los acontecimientos que suponen la voz de alarma que condujo al grupo Beyond Seeds al desarrollo de ARK.IA, su plataforma de inteligencia artificial (IA) para la generación de biodiversidad vegetal.

Y es que desde el clúster biotecnológico almeriense el elemento principal de sus investigaciones, así como el fin último de todas ellas es la semilla. La fuente de la vida y la base de nuestra alimentación que, debido al escenario de cambio climático mencionado anteriormente, se encuentra más vulnerable que nunca. Y esto es debido a que, a pesar de que los seres vivos se adaptan y evolucionan frente a las nuevas situaciones, ni lo hacen a la velocidad que nos gustaría a los seres humanos ni en la dirección que nosotros queremos, y menos aún sometidos a tal cantidad de estrés y adversidades.
Por todo ello, desde el grupo Beyond Seeds, y más concretamente desde Seeds For Innovation y Bullsoft Solutions, sus divisiones de biotecnología vegetal e ingeniería de software respectivamente, hace tres años comenzaron a andar un camino que hoy siguen recorriendo, pero en el que ya han hecho algunas paradas para construir Óriel, Fitobot y NOAH, tres herramientas que en su conjunto y combinadas suponen los cimientos de lo que hoy se presenta como ARK.IA.
Inteligencia artificial aplicada
Hablar de inteligencia artificial hoy en día, es hablar de muchísimas cosas, a diario vemos cómo evoluciona, y en este caso si lo hace con la velocidad y en la dirección en la que la sociedad desea. En pocos meses podemos ver como redes neuronales de diseño gráfico han pasado de dibujar personas amorfas con más dedos de los que se debe en una mano a presentadores de televisión que cuesta mucho diferenciar de la realidad. Sin embargo, de lo Beyond Seeds entienden mucho es de semillas y hortalizas, por lo tanto, ¿Cómo pretenden aplicar la inteligencia artificial en este campo?
La respuesta es sencilla, necesitan alimentos que se adapten más rápido y cumpliendo las expectativas de los productores, mercados y consumidores, y si hay alguna tecnología que permita hacer esto es la IA. Pero la IA no es más que una red neuronal que pocas veces es fácil de descifrar cómo funciona exactamente, cuáles son sus procesos y cómo alcanza las conclusiones y resultados. Estos cerebros necesitan “alimentarse” de conocimiento para construir su personalidad al igual que un niño pequeño necesita leer y aprender. Pero, al igual que ese alumno de colegio, necesita una educación de calidad, si no su mente no se va a desarrollar adecuadamente, con las IA pasa exactamente lo mismo. El primer paso para conseguir construir esa red neuronal tan precisa es dotarla de grandes cantidades de datos de calidad. Por ello, en Beyond Seeds Biotech Group ha empezado la casa por los cimientos, desarrollando sistemas para generar datos de calidad y disponer de bases de datos que permitan manejarlos adecuadamente en el ámbito de la mejora genética vegetal.
Objetivos
- Adaptación rápida de los cultivos a condiciones hostiles: Desarrollar nuevas variedades de cultivos que sean resilientes a enfermedades y adaptables a diversos climas.
- Sostenibilidad: poder realizar estos cambios sin que implique un coste ambiental, ecológico ni económico insostenible para nuestra sociedad, tratando de impactar siempre de forma positiva en los sistema agrícolas y naturales.
Productividad Mejorada: asegurar que las nuevas variedades sean competitivas en términos de rendimiento y calidad, sin aumentar los costos para los productores.
Aplicaciones en frutas y hortalizas
En nuestro recorrido hacia el desarrollo de herramientas basadas en la IA para la mejora genética en plantas, nuestra primera parada fue el desarrollo del software NOAH Plant Breeding. NOAH es un gran repositorio de datos relacionados con la semilla, las plantas y sus características fisiológicas y genéticas o como lo llaman la gente del sector, un repositorio de datos de germoplasma, fenotipado y genotipado. Esta es la base de todos los desarrollos posteriores como Óriel o Fitobot. Actualmente NOAH ya es un software ampliamente utilizado por las empresas de mejora genética y los bancos de semillas en nuestro país (instituciones como IFAPA, IMIDA o INIA ya gestionan los datos de las semillas con este sistema).
Una vez tuvieron donde almacenar los datos, se pusieron manos a la obra con la construcción de sistemas que generasen grandes cantidades de datos con los que pudiesen “educar” o como se define en términos más técnicos, entrenar, a los algoritmos de IA de ARK.IA.
En paralelo comenzaron dos iniciativas disruptivas y completamente innovadoras en el sector agrícola nacional: las plataformas Óriel y Fitobot.
Con Óriel el objetivo era generar grandes cantidades de datos sobre aspectos genéticos (en tomate, en primera instancia) con el objetivo de “genotipar”, es decir, conocer las variantes genéticas que hacen que una planta de tomate sea resistente o no a una determinada enfermedad o que tenga frutos rojos, verdes o morados. Actualmente gracias a Óriel es posible evaluar cerca de 600 variantes genéticas a lo largo del genoma del tomate, que dan información de gran valor para poder desarrollar modelos predictivos capaces de inferir como será la descendencia al combinar dos plantas diferentes de tomate. Es decir, gracias a todos estos datos se ha podido entrenar algoritmos de IA que son capaces de simular una enorme cantidad de potenciales descendientes a partir de la información genética de los progenitores de manera que es posible “diseñar” el tipo de planta que se necesita en un breve periodo de tiempo con la posibilidad de adaptarse a los cambios bruscos derivados de las condiciones de cambio climático. Como, por ejemplo, ha sucedido con las grandes pérdidas que el virus rugoso del tomate ha generado en el sector agrícola y que, gracias a Óriel, ya es capaz de identificar variedades resistentes al mismo.
Por otra parte, Fitobot, ha sido uno de los desarrollos más complejos hasta la fecha. Este sistema robotizado permite cultivar miles de plantas en un espacio confinado y libre de interacciones con el ambiente. Con lo que es posible someter a estos individuos a todo tipo de condiciones controladas, simulando efectos de salinidad, sequía, altas y bajas temperaturas, etc., obteniendo imágenes en tiempo real del desarrollo de estas plantas, con lo que se puede realizar un “fenotipado”, es decir una evaluación de los cambios físicos en la planta (su biomasa, su estructura radicular…), completamente automatizado y objetivo. Y gracias a sistemas de visión artificial es posible evaluar todos estos cambios en los individuos del experimento registrando sus cambios y evaluando cuál de ellos se adapta mejor a las condiciones hostiles.
La combinación de una base de datos como NOAH, un sistema de genotipado de alta densidad como Óriel y un sistema de fenotipado masivo como Fitobot, generan la suficiente masa crítica de datos de alta calidad con lo que se puede entrenar y generar redes neuronales capaces de predecir las combinaciones genéticas que darán lugar a las variedades mejor adaptadas tanto a estreses bióticos como abióticos.

Impacto y proyección
Actualmente ARK.AI es una realidad en tomate, y ha supuesto el punto de partida del periplo de Beyond Seeds hacia la introducción de las redes neuronales en los métodos de mejora genética vegetal. No obstante, queremos seguir haciendo crecer esta plataforma, ampliarla a más cultivos, hacerla llegar a las empresas de semillas, las cooperativas y los agricultores y poder convertirla en un gran lugar de encuentro donde todos los actores que intervienen desde que una hortaliza se concibe en la mente de un mejorador hasta que esta es consumida, puedan plantear sus inquietudes y puedan ayudarles a encontrar soluciones eficientes.
Conclusión
La integración de la inteligencia artificial en la investigación agrícola es la única oportunidad para avanzar hacia un sistema alimentario capaz de soportar las demandas de nuestra sociedad. A medida que decodificamos el vasto potencial de la naturaleza, estamos en camino de transformar la agricultura y mejorar la biodiversidad global y debemos de hacer un esfuerzo conjunto para desarrollar y materializar estas herramientas fundamentales para evolucionar.