Земля — це складна екосистема, і наше місце в ній залежить від багатьох різних факторів. Від здоров'я ґрунту до якості повітря та поведінки рослин і мікроорганізмів, розуміння нашого природного світу та його інших мешканців має вирішальне значення для нашого власного виживання. Оскільки клімат продовжує змінюватися, вивчення навколишнього середовища та його різноманітних форм життя ставатиме лише важливішим.
У жовтні 2023 року Advanced Photon Source (APS), установа користувача в Управлінні науки Аргоннської національної лабораторії Міністерства енергетики США (DOE), офіційно запустить нову програму з розширення можливостей біологічних та екологічних досліджень та аналізу у провідних світових лабораторіях. Галузь рентгенівського випромінювання. Компанія під назвою eBERlight нещодавно отримала схвалення від програми біологічних та екологічних досліджень (BER) Міністерства енергетики США. Мета полягає в тому, щоб поєднати дослідників, які проводять експерименти в рамках місії BER, з провідними світовими ресурсами APS у галузі рентгенівської науки. Розширюючи доступ до різноманітних можливостей APS, мислителі eBERlight сподіваються відкрити нові наукові методи та залучити нові міждисциплінарні команди дослідників для вивчення нових перспектив світу, в якому ми живемо.
«Це можливість створити щось нове, чого раніше не існувало в APS», – сказала Керолайн Міхальська, кристалолог білків Аргоннської національної лабораторії, яка очолює роботу над 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”«Ми розширюємо доступ, щоб забезпечити проведення більшої кількості біологічних та екологічних досліджень, і оскільки програма є настільки новою, вчені, які використовуватимуть цей об'єкт, допомагають нам його розвивати».
З моменту свого заснування в 1990-х роках, APS є лідером у галузі «макромолекулярної кристалографії» в біологічних дослідженнях. Вчені використовують цю технологію, щоб дізнатися більше про інфекційні захворювання та віруси, щоб закласти основу для вакцин та методів лікування. Зараз APS прагне поширити свій успіх на інші галузі життя та науки про навколишнє середовище.
Одна з проблем цього розширення полягає в тому, що багато вчених-біологів та екологів не знають про можливості APS допомогти їм просувати свої дослідження та не знайомі з процесом отримання яскравих рентгенівських променів об'єкта. Так само багато вчених не знають, яка з багатьох експериментальних станцій APS, які називаються лініями променів, є найкращим вибором для їхніх експериментів, оскільки кожна станція оптимізована для певної науки та технології.
Міхальська сказала, що саме тут і з'являється eBERlight. Вона описала його як віртуальну екосистему, розроблену для того, щоб поєднати вчених з правильними технологіями на правильному шляху APS. Дослідники представлять пропозиції співробітникам eBERlight, які допоможуть узгодити експериментальний дизайн з правильним каналом для проведення запропонованого дослідження. Вона сказала, що різноманітність можливостей APS означає, що eBERlight може мати вплив на різні галузі біології та екологічної науки.
«Ми розглядаємо, що вивчають дослідники BER, і як ми можемо доповнити ці дослідження», – сказала вона. 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。«Деякі з цих дослідників ніколи не використовували синхротрон, такий як APS».Вони дізнаються, які інструменти доступні та які наукові питання можна вирішити в APS, які неможливо вирішити деінде».
«Це можливість створити щось нове, чого раніше не існувало в APS. Ми розширюємо сферу біологічних та екологічних досліджень, і оскільки це нові дослідження, вчені, які використовуватимуть цей об'єкт, допомагають нам розвивати проєкт. — Керолайн Міхальська, Аргоннська національна лабораторія
Що стосується конкретної науки, яку просуватиме eBERlight, Міхальська сказала, що вона включатиме все: від дослідження ґрунту до вирощування рослин, формування хмар та біопалива. Стефан Фогт, заступник директора відділу рентгенівських наук APS, додав до списку кругообіг води, зазначивши, що ця інформація має вирішальне значення для кращого розуміння змін кліматичних умов.
«Ми вивчаємо питання, пов’язані з кліматологією, і нам потрібно продовжувати їх вивчати», – сказав 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 потрібно зрозуміти, як боротися з глибокими екологічними наслідками зміни клімату».
Хоча eBERlight офіційно запустили в жовтні, APS залишатиметься на річній перерві в рамках комплексної модернізації обладнання. Протягом цього часу команда працюватиме над дослідженням та розробкою системи відбору біологічних та екологічних проб, створенням баз даних та проведенням інформаційно-просвітницької роботи з програмою.
Коли APS знову запрацює в мережі у 2024 році, його можливості будуть значно розширені. Команда eBERlight укладе довгострокові угоди з 13 каналами APS, що представляють широкий спектр технологій. Вчені, які працюють через eBERlight, також матимуть доступ до ресурсів Argonne, таких як обчислювальний центр Argonne, де розташовані суперкомп'ютери та лабораторні суперкомп'ютери Управління науки Міністерства енергетики США, та Центр передової характеристики білків, де білки кристалізуються та готуються до аналізу.
У міру розвитку програми вона використовуватиме зв'язки з іншими установами-користувачами Управління науки Міністерства енергетики США, такими як Лабораторія екологічних молекулярних наук Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії та Об'єднаний інститут геному в Національній лабораторії імені Лоуренса в Берклі.
«Щоб виховати дитину, потрібне ціле село, але щоб вирішити наукову проблему, потрібне ще більше село», — сказав фізик з Аргонни Зоу Фінфрок, член команди 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。«Мені подобається багатогранна природа eBERlight, оскільки вона прагне створити інтегровану платформу, яка просуває наукові дослідження біологічних, наземних та екологічних систем».Це звучить просто, але масштаб і потенційний вплив величезні».
За словами Кена Кемнера, старшого фізика та керівника групи в Аргоннській національній лабораторії, ідея eBERlight готувалася роками. Кемнер пропрацював в APS протягом 27 років лабораторії, більшу частину яких він присвятив залученню дослідників-екологів до ресурсів установи. Тепер eBERlight продовжить цю роботу в більших масштабах, сказав він. Він з нетерпінням чекає на нові прориви, які будуть зроблені завдяки дослідженням парникових газів, водно-болотних екосистем та взаємодії рослин і мікроорганізмів з ґрунтом і осадовими породами.
За словами Кемнера, ключем до успіху eBERlight є підготовка синхротронних вчених, а також біологів та екологів.
«Ви повинні навчити радіологів краще розуміти проблеми екологічної науки та адаптувати технології для кращого вирішення проблем екологічних досліджень», – сказав він. â�<“您还必须教育环境科学家了解光源设施对于解决这些问题有多么出色。 â�<“您还必须教育环境科学家了解光源设施对于解决这些问题有多么出色。«Вам також потрібно навчити вчених-екологів тому, наскільки хороші джерела світла для вирішення цих проблем».Це робиться для того, щоб зменшити бар'єри для їх залучення».
Лоран Шапон, заступник директора Лабораторії фотонних наук та директор APS, заявив, що новий план означає демократизацію доступу до APS та її можливостей.
«Цей план надсилає важливий сигнал про те, що APS є критично важливим ресурсом для країни, здатним розробляти програми, які допомагають вирішувати нагальні проблеми, в цьому випадку екологічні та біологічні проблеми», – сказав Чапон. â�<“eBERlight将为寻求解决具有现实世界影响的自然科学的科学家提供端到端解决方案。.” â�<“eBERlight将为寻求解决具有现实世界影响的自然科学的科学家提供端到端解决方案。.”«eBERlight забезпечить комплексне рішення для вчених, які прагнуть вирішувати проблеми практичної значимості в галузі наук про життя».
«Я сподіваюся, що незалежно від того, з якими великими викликами стикаються вчені, APS зможе їм допомогти», – сказала вона. 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。”«Ці проблеми стосуються всіх нас».
Обчислювальний центр лідерства Аргонна надає науковій та інженерній спільноті суперкомп'ютерні можливості для просування фундаментальних відкриттів та розуміння в широкому спектрі дисциплін. Підтримуваний програмою передових наукових обчислювальних досліджень (ASCR) Міністерства енергетики США (DOE), ALCF є одним із двох провідних обчислювальних центрів DOE, що займаються відкритою наукою.
Удосконалене джерело фотонів (APS) Міністерства енергетики США в Аргоннській національній лабораторії є одним з найпродуктивніших джерел рентгенівського випромінювання у світі. APS забезпечує високояскравим рентгенівським випромінюванням різноманітну групу дослідників у галузі матеріалознавства, хімії, фізики конденсованих середовищ, наук про життя та навколишнє середовище, а також прикладних досліджень. Це рентгенівське випромінювання ідеально підходить для вивчення матеріалів та біологічних структур; розподілу елементів; хімічних, магнітних та електронних станів; а також низки технологічно важливих інженерних систем, від батарей до інжекторних сопел, які є основоположними для економічного, технологічного та господарського розвитку нашої країни, а також основи матеріального добробуту. Щороку понад 5000 дослідників використовують APS для створення понад 2000 публікацій, в яких детально описуються важливі відкриття та розв'язуються важливіші біологічні структури білків, ніж будь-який інший користувач рентгенівських дослідницьких установок. Інноваційні технології вчених та інженерів APS лежать в основі розробки прискорювачів та джерел світла. До них належать пристрої введення, що виробляють надзвичайно яскраві рентгенівські промені, цінні для дослідників, лінзи, що фокусують рентгенівські промені довжиною до кількох нанометрів, прилади, що максимізують взаємодію рентгенівських променів із досліджуваним зразком, та пристрої, що збирають та компонують рентгенівське програмне забезпечення. Керуйте великими обсягами даних, отриманих з досліджень APS.
У цьому дослідженні використовувалися ресурси Advanced Photon Source, користувацького центру Управління науки Міністерства енергетики США, яким керує Аргоннська національна лабораторія Управління науки Міністерства енергетики США за контрактом № DE-AC02-06CH11357.
Аргоннська національна лабораторія прагне вирішувати актуальні національні науково-технічні проблеми. Аргоннська національна лабораторія, перша національна лабораторія у Сполучених Штатах, проводить передові фундаментальні та прикладні наукові дослідження практично в кожній науковій дисципліні. Дослідники Аргоннської національної лабораторії тісно співпрацюють з дослідниками з сотень компаній, університетів, а також федеральних, державних та муніципальних установ, щоб допомогти їм вирішувати конкретні проблеми, просувати наукове лідерство США та будувати краще майбутнє для країни. В Аргоннській лабораторії працюють представники понад 60 національностей, а її управлінням займається компанія Argonne LLC у Чикаго, що входить до складу Управління науки Міністерства енергетики США.
Управління науки Міністерства енергетики США є найбільшим спонсором досліджень у галузі фізичних наук у Сполучених Штатах і працює над вирішенням деяких найактуальніших проблем сучасності. Для отримання додаткової інформації відвідайте https://energygy.gov/science.
Час публікації: 06 листопада 2023 р.