Forskere udvikler computermodel til at forudsige, om et pesticid vil skade bier

Forskere fra Oregon State University College of Engineering har udnyttet kraften i kunstig intelligens til at hjælpe med at beskytte bier mod pesticider.

Cory Simon, assisterende professor i kemiteknik, og Xiaoli Fern, lektor i datalogi, ledede projektet, som involverede træning af en maskinlæringsmodel til at forudsige, om et foreslået nyt herbicid, fungicid eller insekticid ville være giftigt for honningbier baseret på forbindelsens molekylære struktur.

Resultaterne er vist på forsiden af The Journal of Chemical Physics i et særnummer, "Chemical Design by Artificial Intelligence", er vigtige, fordi mange frugt-, nødder-, grøntsags- og frøafgrøder er afhængige af bibestøvning.

Uden bier til at overføre det pollen, der er nødvendigt til reproduktion, ville næsten 100 kommercielle afgrøder i USA forsvinde. Biernes globale økonomiske påvirkning anslås årligt til at overstige 100 milliarder dollars.

"Pesticider er meget udbredt i landbruget, som øger afgrødeudbyttet og giver fødevaresikkerhed, men pesticider kan skade arter uden for mål som bier," sagde Simon. "Og da insekter, ukrudt osv. efterhånden udvikler resistens, skal der løbende udvikles nye pesticider, som ikke skader bier."

Kandidatstuderende Ping Yang og Adrian Henle brugte honningbi-toksicitetsdata fra pesticideksponeringsforsøg, der involverede næsten 400 forskellige pesticidmolekyler, til at træne en algoritme til at forudsige, om et nyt pesticidmolekyle ville være giftigt for honningbier.

"Modellen repræsenterer pesticidmolekyler ved et sæt af tilfældige ture på deres molekylære grafer," sagde Yang.

En tilfældig gåtur er et matematisk begreb, der beskriver enhver bugtende sti, såsom på den komplicerede kemiske struktur af et pesticid, hvor hvert trin langs stien afgøres tilfældigt, som ved møntkast.

Forestil dig, forklarer Yang, at du er ude på en formålsløs spadseretur langs et pesticids kemiske struktur, hvor du går fra atom til atom via bindingerne, der holder forbindelsen sammen. Du rejser i tilfældige retninger, men holder styr på din rute, rækkefølgen af ​​atomer og bindinger, du besøger. Så går du ud på et andet molekyle og sammenligner rækken af ​​drejninger og drejninger med det, du har gjort før.

"Algoritmen erklærer to molekyler ens, hvis de deler mange ture med den samme sekvens af atomer og bindinger," sagde Yang. "Vores model fungerer som et surrogat for et bitoksicitetseksperiment og kan bruges til hurtigt at screene foreslåede pesticidmolekyler for deres toksicitet." + Udforsk yderligere

Skader pesticider, der bruges i by- og forstæder, honningbier?