Земля — сложная экосистема, и наше место в ней зависит от множества различных факторов. От здоровья почвы и качества воздуха до поведения растений и микроорганизмов — понимание нашего природного мира и его других обитателей имеет решающее значение для нашего собственного выживания. По мере того как климат продолжает меняться, изучение окружающей среды и её разнообразных форм жизни будет становиться всё более важным.
В октябре 2023 года Центр передовых фотонных исследований (APS), подразделение Управления науки Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), официально запустит новую программу по расширению возможностей биологических и экологических исследований и анализа в ведущих мировых лабораториях рентгеновской радиации. Компания eBERlight недавно получила одобрение от программы биологических и экологических исследований (BER) Министерства энергетики США. Цель программы — связать исследователей, проводящих эксперименты в рамках миссии BER, с ведущими мировыми ресурсами APS в области рентгеновской науки. Расширяя доступ к разнообразным возможностям APS, специалисты eBERlight надеются открыть новые научные методы и привлечь новые междисциплинарные исследовательские группы для изучения новых перспектив на мир, в котором мы живем.
«Это возможность создать нечто новое, чего раньше не существовало в APS», — сказала Каролина Михальска, специалист по кристаллографии белков из Аргоннской национальной лаборатории, которая руководит работой над проектом eBERlight. â�<“我们正在扩大准入范围,以适应更多的生物和环境研究,并且由于该计划是如此新,因此将使用该设施的科学家正在帮助我们开发它。” â�<“我们正在扩大准入范围，以适应更多的生物和环境研究,并且由于该计划是如此新,因»«Мы расширяем доступ, чтобы обеспечить проведение большего количества биологических и экологических исследований, и поскольку эта программа совсем новая, ученые, которые будут использовать этот объект, помогают нам в ее развитии».
С момента своего основания в 1990-х годах Американское психологическое общество (APS) является лидером в области «макромолекулярной кристаллографии» в биологических исследованиях. Ученые используют эту технологию для изучения инфекционных заболеваний и вирусов, чтобы заложить основу для вакцин и методов лечения. Теперь APS стремится распространить свой успех на другие области биологических и экологических наук.
Одна из проблем этого расширения заключается в том, что многие биологи и ученые-экологи не осведомлены о возможностях APS, которые могли бы помочь им продвинуть свои исследования, и не знакомы с процессом получения ярких рентгеновских лучей объекта. Аналогично, многие ученые не знают, какая из многочисленных экспериментальных станций APS, называемых линиями пучка, лучше всего подходит для их экспериментов, поскольку каждая станция оптимизирована для конкретной науки и технологии.
Михальска сказала, что именно здесь вступает в игру eBERlight. Она описала его как виртуальную экосистему, призванную связать ученых с нужными технологиями на правильном пути в рамках APS. Исследователи будут представлять предложения сотрудникам eBERlight, которые помогут согласовать экспериментальный дизайн с правильным каналом для проведения предлагаемого исследования. Она сказала, что разнообразие возможностей APS означает, что eBERlight может оказать влияние на множество областей биологии и экологии.
«Мы изучаем, что исследуют ученые из BER, и как мы можем дополнить эти исследования», — сказала она. â�<“其中一些研究人员从未使用过APS 等同步加速器。 â�<“其中一些研究人员从未使用过APS 等同步加速器。«Некоторые из этих исследователей никогда раньше не использовали синхротрон, подобный APS».Они узнают, какие инструменты доступны и какие научные вопросы можно решить в Американском физическом обществе, чего нельзя сделать в других местах.
«Это возможность создать нечто новое, чего раньше в Аргоннской национальной лаборатории (APS) не существовало. Мы расширяем масштабы биологических и экологических исследований, и поскольку это новые исследования, ученые, которые будут использовать это оборудование, помогают нам в разработке проекта». — Кэролайн Михальска, Аргоннская национальная лаборатория.
Что касается конкретных научных направлений, которые будет продвигать eBERlight, Михальска сказала, что они будут включать в себя все: от исследований почвы до выращивания растений, образования облаков и биотоплива. Стефан Фогт, заместитель директора отдела рентгеновской науки Американского физического общества, добавил к этому списку круговорот воды, отметив, что эта информация имеет решающее значение для лучшего понимания меняющихся климатических условий.
«Мы изучаем вопросы, связанные с климатологией, и нам необходимо продолжать их изучение», — сказал Фогт. â�<“我们需要了解如何应对气候变化对环境的深远影响。” â�<“我们需要了解如何应对气候变化对环境的深远影响。”«Нам необходимо понять, как бороться с серьезными экологическими последствиями изменения климата».
Хотя программа eBERlight официально стартовала в октябре, APS останется в режиме годичного перерыва в рамках комплексной модернизации своих объектов. В течение этого времени команда будет заниматься исследованиями и разработкой системы биологического и экологического отбора проб, созданием баз данных и проведением информационно-просветительской работы по программе.
Когда APS возобновит работу в 2024 году, его возможности будут значительно расширены. Команда eBERlight заключит долгосрочные соглашения с 13 каналами APS, представляющими широкий спектр технологий. Ученые, работающие в рамках проекта eBERlight, также получат доступ к ресурсам Аргоннской национальной лаборатории, таким как Аргоннский вычислительный центр, где расположены суперкомпьютеры и лабораторные суперкомпьютеры Управления науки Министерства энергетики США, и Центр передовой характеристики белков, где белки кристаллизуются и подготавливаются к анализу.
По мере развития программы будут использоваться связи с другими научно-исследовательскими центрами Министерства энергетики США, такими как Лаборатория экологических молекулярных наук Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Объединенный геномный институт в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.
«Чтобы вырастить ребенка, нужна целая деревня, но чтобы решить научную проблему, нужна еще большая деревня», — сказал физик из Аргоннской национальной лаборатории Зу Финфрок, член команды eBERlight. â�<“我喜欢eBERlight的多面性,因为它致力于建立一个综合平台,促进跨生物、地球和环境系统的科学探索。 â�<“我喜欢eBERlight的多面性,因为它致力于建立一个综合平台,促进跨生物、地球和环境系统的科学探索。«Мне нравится многогранный характер проекта eBERlight, поскольку он стремится создать интегрированную платформу, которая способствует развитию научных исследований в области биологических, наземных и экологических систем».Звучит просто, но масштаб и потенциальное воздействие огромны.
По словам Кена Кемнера, старшего физика и руководителя группы в Аргоннской национальной лаборатории, идея проекта eBERlight разрабатывалась годами. Кемнер проработал в APS 27 лет, большую часть этого времени посвятив налаживанию связей между исследователями окружающей среды и ресурсами учреждения. Теперь, по его словам, eBERlight продолжит эту работу в более крупном масштабе. Он с нетерпением ждет новых прорывов, которые будут достигнуты благодаря исследованиям парниковых газов, водно-болотных экосистем и взаимодействия растений и микроорганизмов с почвой и осадками.
По словам Кемнера, ключ к успеху eBERlight заключается в подготовке специалистов по синхротронному излучению, а также биологов и специалистов по охране окружающей среды.
«Необходимо обучать радиологов лучшему пониманию проблем экологии и адаптировать технологии для более эффективного решения задач в области экологических исследований», — сказал он. â�<“Возможности, связанные с рынком, в которых нет ничего лучше, чем в других местах.。 â�<“Возможности, связанные с рынком, в которых нет ничего лучше, чем в других местах.。«Также необходимо просвещать ученых-экологов о том, насколько эффективны источники света в решении этих проблем».Это делается для того, чтобы снизить барьеры на пути их привлечения.
Лоран Шапон, заместитель директора Лаборатории фотонной науки и директор Американского физического общества (APS), заявил, что новый план означает демократизацию доступа к APS и его возможностям.
«Этот план посылает важный сигнал о том, что APS является важнейшим ресурсом для страны, способным разрабатывать программы, которые помогают решать насущные проблемы, в данном случае экологические и биологические проблемы», — сказал Чапон. â�<“eBERlight может быть установлен в режиме реального времени в режиме реального времени” â�<“eBERlight может быть установлен в режиме реального времени в режиме реального времени”«eBERlight предоставит комплексное решение для ученых, стремящихся решать практически значимые проблемы в области биологических наук».
«Я надеюсь, что независимо от того, с какими серьезными трудностями сталкиваются ученые, Американское физическое общество сможет им помочь», — сказала она. â�<“这些挑战影响着我们每个人。” â�<“这些挑战影响着我们每个人。”«Эти проблемы затрагивают всех нас».
Центр передовых вычислительных технологий Аргоннской национальной лаборатории (Argonne Leadership Computing Facility, ALCF) предоставляет научному и инженерному сообществу возможности суперкомпьютерных вычислений для продвижения фундаментальных открытий и понимания в широком спектре дисциплин. ALCF, поддерживаемый программой передовых научных вычислительных исследований (ASCR) Министерства энергетики США (DOE), является одним из двух ведущих вычислительных центров DOE, занимающихся открытой наукой.
Усовершенствованный источник фотонов (APS) Управления науки Министерства энергетики США в Аргоннской национальной лаборатории является одним из самых производительных источников рентгеновского излучения в мире. APS обеспечивает высокояркое рентгеновское излучение для широкого круга исследователей в области материаловедения, химии, физики конденсированных сред, биологических и экологических наук, а также прикладных исследований. Это рентгеновское излучение идеально подходит для изучения материалов и биологических структур; распределения элементов; химических, магнитных и электронных состояний; а также ряда технологически важных инженерных систем, от батарей до инжекционных форсунок, которые имеют фундаментальное значение для экономического, технологического и материального развития нашей страны. Ежегодно более 5000 исследователей используют APS для публикации более 2000 работ, в которых подробно описываются важные открытия и решается больше задач по определению структуры биологических белков, чем в любой другой исследовательской установке, использующей рентгеновское излучение. Инновационные технологии ученых и инженеров APS лежат в основе разработки ускорителей и источников света. Сюда входят устройства ввода, генерирующие чрезвычайно яркие рентгеновские лучи, высоко ценимые исследователями, линзы, фокусирующие рентгеновские лучи до нескольких нанометров, приборы, максимизирующие взаимодействие рентгеновских лучей с исследуемым образцом, а также устройства для сбора и обработки рентгеновского программного обеспечения. Управление большими объемами данных, полученных в ходе исследований APS.
В данном исследовании использовались ресурсы Центра передовых фотонных исследований (Advanced Photon Source), научно-исследовательского центра Министерства энергетики США, управляемого Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США в рамках контракта № DE-AC02-06CH11357.
Аргоннская национальная лаборатория стремится решать насущные национальные проблемы науки и техники. Аргоннская национальная лаборатория, первая национальная лаборатория в Соединенных Штатах, проводит передовые фундаментальные и прикладные научные исследования практически во всех научных дисциплинах. Исследователи Аргоннской национальной лаборатории тесно сотрудничают с исследователями из сотен компаний, университетов, а также федеральных, государственных и муниципальных учреждений, помогая им решать конкретные проблемы, укреплять научное лидерство США и строить лучшее будущее для страны. В Аргоннской лаборатории работают сотрудники более чем 60 национальностей, а управление осуществляется компанией Argonne LLC в Чикаго, входящей в состав Управления науки Министерства энергетики США.
Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим спонсором исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и работает над решением наиболее актуальных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите https://energy.gov/science.
Дата публикации: 06.11.2023