La Terra è un ecosistema complesso e il nostro posto al suo interno dipende da molti fattori diversi. Dalla salute del suolo alla qualità dell'aria, fino al comportamento di piante e microrganismi, comprendere il nostro mondo naturale e i suoi abitanti è fondamentale per la nostra stessa sopravvivenza. Con il continuo cambiamento climatico, lo studio dell'ambiente e delle sue diverse forme di vita diventerà ancora più importante.
Nell'ottobre del 2023, l'Advanced Photon Source (APS), una struttura a disposizione degli utenti all'interno dell'Office of Science presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), lancerà ufficialmente un nuovo programma per ampliare le capacità di ricerca e analisi biologica e ambientale nei principali laboratori al mondo nel campo dei raggi X. Una società chiamata eBERlight ha recentemente ottenuto l'approvazione dal programma di ricerca biologica e ambientale (BER) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. L'obiettivo è quello di mettere in contatto i ricercatori che conducono esperimenti nell'ambito della missione BER con le risorse scientifiche a raggi X all'avanguardia dell'APS. Ampliando l'accesso alle diverse capacità dell'APS, i promotori di eBERlight sperano di scoprire nuovi metodi scientifici e di attrarre nuovi team interdisciplinari di ricercatori per esplorare nuove prospettive sul mondo in cui viviamo.
"Questa è un'opportunità per creare qualcosa di nuovo che non è mai esistito prima nell'ambito dell'APS", ha affermato Caroline Michalska, cristallologa proteica dell'Argonne National Laboratory, che sta guidando il progetto 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" ""Stiamo ampliando l'accesso per consentire un maggior numero di ricerche biologiche e ambientali e, poiché il programma è molto recente, gli scienziati che utilizzeranno la struttura ci stanno aiutando a svilupparlo."
Sin dalla sua fondazione negli anni '90, APS è stata leader nel campo della "cristallografia macromolecolare" nella ricerca biologica. Gli scienziati utilizzano questa tecnologia per approfondire la conoscenza delle malattie infettive e dei virus, ponendo le basi per lo sviluppo di vaccini e terapie. APS punta ora ad estendere il suo successo ad altri settori delle scienze biologiche e ambientali.
Uno dei problemi legati a questa espansione è che molti scienziati biologici e ambientali non sono a conoscenza delle potenzialità dell'APS per far progredire la loro ricerca e non hanno familiarità con il processo di produzione di raggi X ad alta intensità di un oggetto. Allo stesso modo, molti scienziati non sanno quale delle numerose stazioni sperimentali dell'APS, chiamate linee di fascio, sia la scelta migliore per i loro esperimenti, poiché ogni stazione è ottimizzata per una specifica scienza e tecnologia.
Secondo Michalska, è qui che entra in gioco eBERlight. Lo ha descritto come un ecosistema virtuale progettato per connettere gli scienziati con le tecnologie più adatte e con il percorso APS più appropriato. I ricercatori presenteranno le loro proposte al personale di eBERlight, che li aiuterà ad allineare il progetto sperimentale con il canale corretto per condurre lo studio proposto. Ha aggiunto che la diversità delle competenze dell'APS significa che eBERlight potrebbe avere un impatto in molteplici aree della biologia e delle scienze ambientali.
"Stiamo esaminando gli studi dei ricercatori del BER e come possiamo integrare tali ricerche", ha affermato. 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."Alcuni di questi ricercatori non hanno mai utilizzato un sincrotrone come l'APS."Apprendono quali strumenti sono disponibili e quali quesiti scientifici possono essere affrontati all'APS, cosa impossibile altrove.
“Questa è un'opportunità per costruire qualcosa di nuovo che non è mai esistito prima all'APS. Stiamo ampliando l'ambito della ricerca biologica e ambientale e, poiché si tratta di una ricerca innovativa, gli scienziati che utilizzeranno la struttura ci stanno aiutando a sviluppare il progetto.” — Caroline Michalska, Argonne National Laboratory
Per quanto riguarda le specifiche discipline scientifiche che eBERlight promuoverà, Michalska ha affermato che comprenderanno tutto, dalla ricerca sul suolo alla coltivazione delle piante, dalla formazione delle nuvole ai biocarburanti. Stefan Vogt, vicedirettore della Divisione di Scienze a Raggi X dell'APS, ha aggiunto il ciclo dell'acqua all'elenco, sottolineando che queste informazioni sono fondamentali per comprendere meglio i cambiamenti climatici.
"Stiamo studiando questioni relative alla scienza del clima e dobbiamo continuare a studiarle", ha affermato Vogt. 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。"“Dobbiamo capire come contrastare le profonde conseguenze ecologiche del cambiamento climatico.”
Sebbene eBERlight sia stato lanciato ufficialmente a ottobre, APS rimarrà in pausa per un anno nell'ambito di un completo ammodernamento della struttura. Durante questo periodo, il team si dedicherà alla ricerca e allo sviluppo di un sistema di campionamento biologico e ambientale, alla creazione di database e alla divulgazione del programma.
Quando l'APS tornerà operativo nel 2024, le sue capacità saranno notevolmente ampliate. Il team di eBERlight stipulerà accordi a lungo termine con 13 canali dell'APS che rappresentano una vasta gamma di tecnologie. Gli scienziati che lavorano tramite eBERlight avranno anche accesso alle risorse di Argonne, come l'Argonne Computing Facility, dove si trovano i supercomputer dell'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e i supercomputer di laboratorio, e il Center for Advanced Protein Characterization, dove le proteine vengono cristallizzate e preparate per l'analisi.
Con il suo sviluppo, il programma sfrutterà i collegamenti con altre strutture di ricerca dell'Ufficio della Scienza del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, come il Laboratorio di Scienze Molecolari Ambientali del Pacific Northwest National Laboratory e il Joint Genome Institute del Lawrence Berkeley National Laboratory.
"Ci vuole un intero villaggio per crescere un bambino, ma ci vuole un villaggio ancora più grande per risolvere un problema scientifico", ha affermato Zou Finfrock, fisico dell'Argonne National Laboratory e membro del team eBERlight. â�<“我喜欢eBERlight Per favore, 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 Per favore, 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."Apprezzo molto la natura poliedrica di eBERlight, che si impegna a creare una piattaforma integrata per promuovere la ricerca scientifica nei sistemi biologici, terrestri ed ecologici."Sembra semplice, ma la portata e il potenziale impatto sono enormi.
L'idea di eBERlight è in fase di sviluppo da anni, secondo Ken Kemner, fisico senior e responsabile di gruppo presso l'Argonne National Laboratory. Kemner ha lavorato all'APS per i 27 anni di attività del laboratorio, gran parte dei quali dedicati a mettere in contatto i ricercatori ambientali con le risorse dell'istituto. Ora eBERlight proseguirà questo lavoro su scala più ampia, ha affermato. Non vede l'ora di scoprire quali nuove scoperte verranno fatte attraverso la ricerca sui gas serra, sugli ecosistemi delle zone umide e sulle interazioni tra piante e microrganismi con il suolo e i sedimenti.
Secondo Kemner, la chiave del successo di eBERlight risiede nella formazione di scienziati specializzati nella luce di sincrotrone, nonché di biologi e scienziati ambientali.
"Bisogna formare i radiologi affinché comprendano meglio i problemi delle scienze ambientali e adattino la tecnologia per risolverli al meglio", ha affermato. 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."È inoltre necessario educare gli scienziati ambientali su quanto le sorgenti luminose siano efficaci nel risolvere questi problemi."Questo viene fatto per ridurre gli ostacoli all'attrazione di questi clienti.
Laurent Chapon, vicedirettore del Photon Science Laboratory e direttore dell'APS, ha affermato che il nuovo piano mira a democratizzare l'accesso all'APS e alle sue capacità.
"Questo piano invia un messaggio importante: l'APS è una risorsa fondamentale per la nazione, in grado di sviluppare programmi che contribuiscono a risolvere problemi urgenti, in questo caso problemi ambientali e biologici", ha affermato Chapon. 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 fornirà una soluzione completa per gli scienziati che cercano di risolvere problemi di rilevanza pratica nel campo delle scienze della vita."
"Spero che, a prescindere dalle grandi sfide che gli scienziati dovranno affrontare, l'APS possa aiutarli", ha affermato. 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。”“Questi problemi ci riguardano tutti.”
L'Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) fornisce alla comunità scientifica e ingegneristica capacità di supercalcolo per promuovere la scoperta e la comprensione fondamentali in un'ampia gamma di discipline. Supportato dal programma Advanced Scientific Computing Research (ASCR) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), l'ALCF è uno dei due principali centri di calcolo del DOE dedicati alla scienza aperta.
L'Advanced Photon Source (APS) dell'Ufficio della Scienza del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti presso l'Argonne National Laboratory è una delle sorgenti di raggi X più produttive al mondo. L'APS fornisce raggi X ad alta luminosità a un gruppo eterogeneo di ricercatori nei settori della scienza dei materiali, della chimica, della fisica della materia condensata, delle scienze biologiche e ambientali e della ricerca applicata. Questi raggi X sono ideali per lo studio di materiali e strutture biologiche; della distribuzione degli elementi; degli stati chimici, magnetici ed elettronici; nonché di una vasta gamma di sistemi ingegneristici di importanza tecnologica, dalle batterie agli iniettori, fondamentali per lo sviluppo economico, tecnologico e del benessere materiale della nostra nazione. Ogni anno, oltre 5.000 ricercatori utilizzano l'APS per produrre più di 2.000 pubblicazioni, che descrivono importanti scoperte e risolvono un numero di strutture proteiche biologiche più rilevante di qualsiasi altro utente di impianti di ricerca a raggi X. Le tecnologie innovative degli scienziati e degli ingegneri dell'APS sono alla base dello sviluppo di acceleratori e sorgenti di luce. Questi includono dispositivi di input che producono i raggi X estremamente brillanti tanto apprezzati dai ricercatori, lenti che focalizzano i raggi X fino a pochi nanometri, strumenti che massimizzano l'interazione dei raggi X con il campione in esame e dispositivi che raccolgono e assemblano il software per i raggi X. Gestiscono grandi volumi di dati provenienti da studi APS.
Questa ricerca ha utilizzato le risorse dell'Advanced Photon Source, una struttura per utenti dell'Ufficio della Scienza del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), gestita dall'Argonne National Laboratory, sempre nell'ambito del contratto n. DE-AC02-06CH11357.
L'Argonne National Laboratory si impegna a risolvere i problemi scientifici e tecnologici nazionali più urgenti. Il primo laboratorio nazionale degli Stati Uniti, l'Argonne National Laboratory, conduce ricerche scientifiche di base e applicate all'avanguardia in praticamente ogni disciplina scientifica. I ricercatori dell'Argonne National Laboratory collaborano strettamente con ricercatori di centinaia di aziende, università e agenzie federali, statali e municipali per aiutarli a risolvere problemi specifici, promuovere la leadership scientifica degli Stati Uniti e costruire un futuro migliore per la nazione. L'Argonne impiega persone di oltre 60 nazionalità ed è gestito da Argonne LLC a Chicago, parte dell'Ufficio della Scienza del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.
L'Ufficio per la Scienza del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti è il principale finanziatore della ricerca scientifica nel campo delle scienze fisiche negli Stati Uniti e si impegna ad affrontare alcune delle sfide più urgenti del nostro tempo. Per ulteriori informazioni, visitare il sito https://energygy.gov/science.
Data di pubblicazione: 6 novembre 2023