Jorden är ett komplext ekosystem, och vår plats i det beror på många olika faktorer. Från markens hälsa till luftkvalitet till växters och mikroorganismers beteende är det avgörande för vår egen överlevnad att förstå vår naturliga värld och dess andra invånare. I takt med att klimatet fortsätter att förändras kommer studier av miljön och dess mångfaldiga livsformer bara att bli viktigare.
I oktober 2023 lanserar Advanced Photon Source (APS), en användaranläggning inom Office of Science vid US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, officiellt ett nytt program för att utöka kapaciteten för biologisk och miljömässig forskning och analys vid världens ledande laboratorier. Röntgenfältet. Ett företag som heter eBERlight fick nyligen godkännande från US Department of Energy's Biological and Environmental Research (BER) program. Målet är att koppla samman forskare som utför experiment på BER-uppdraget med APS världsledande röntgenvetenskapliga resurser. Genom att utöka tillgången till APS mångsidiga kapacitet hoppas eBERlight-förståelseskapare kunna upptäcka nya vetenskapliga metoder och locka nya tvärvetenskapliga forskarteam för att utforska nya perspektiv på världen vi lever i.
"Detta är en möjlighet att skapa något nytt som inte har funnits inom APS tidigare", säger Caroline Michalska, proteinkristallog vid Argonne National Laboratory, som leder arbetet med 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”"Vi utökar tillgången för att möjliggöra mer biologisk och miljömässig forskning, och eftersom programmet är så nytt hjälper forskarna som kommer att använda anläggningen oss att utveckla den."
Sedan starten på 1990-talet har APS varit ledande inom området "makromolekylär kristallografi" inom biologisk forskning. Forskare använder denna teknik för att lära sig mer om infektionssjukdomar och virus för att lägga grunden för vacciner och behandlingar. APS strävar nu efter att utöka sin framgång till andra områden inom livs- och miljövetenskap.
Ett problem med denna expansion är att många biologiska och miljöforskare inte är medvetna om APS möjligheter att hjälpa dem att avancera sin forskning och inte är bekanta med processen att producera ljusa röntgenstrålar av ett objekt. Likaså vet många forskare inte vilken av de många APS-experimentstationerna, kallade strålrör, som är det bästa valet för deras experiment, eftersom varje station är optimerad för en specifik vetenskap och teknologi.
Michalska sa att det är här eBERlight kommer in i bilden. Hon beskrev det som ett virtuellt ekosystem utformat för att koppla samman forskare med rätt teknologier på rätt väg mot APS. Forskarna kommer att presentera förslag för eBERlight-personalen som kommer att hjälpa till att anpassa den experimentella designen till rätt kanal för att genomföra den föreslagna studien. Hon sa att mångfalden av APS kapaciteter innebar att eBERlight skulle kunna ha en inverkan på flera områden inom biologi och miljövetenskap.
"Vi tittar på vad BER-forskare studerar och hur vi kan komplettera den forskningen", sa hon. 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。"Vissa av dessa forskare har aldrig använt en synkrotron som APS."De lär sig vilka verktyg som finns tillgängliga och vilka vetenskapliga frågor som kan tas upp på APS som inte kan göras någon annanstans.”
”Detta är en möjlighet att bygga något nytt som inte har funnits inom APS tidigare. Vi utökar omfattningen av biologisk och miljömässig forskning, och eftersom det här är ny forskning hjälper forskarna som kommer att använda anläggningen oss att utveckla projektet.” — Caroline Michalska, Argonne National Laboratory
När det gäller den specifika forskning som eBERlight kommer att främja, sa Michalska att den kommer att omfatta allt från jordforskning till odling av växter, molnbildning och biobränslen. Stefan Vogt, biträdande chef för APS röntgenvetenskapsavdelning, lade till vattnets kretslopp till listan och noterade att denna information är avgörande för att bättre förstå förändrade klimatförhållanden.
"Vi studerar frågor relaterade till klimatvetenskap, och vi måste fortsätta att studera dem", sa 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。”"Vi måste förstå hur vi kan bekämpa de djupgående ekologiska konsekvenserna av klimatförändringarna."
Medan eBERlight officiellt lanserades i oktober kommer APS att göra ett års uppehåll som en del av en omfattande uppgradering av anläggningen. Under denna tid kommer teamet att arbeta med att undersöka och utveckla ett biologiskt och miljömässigt provtagningssystem, utveckla databaser och bedriva uppsökande verksamhet för programmet.
När APS är online igen 2024 kommer dess kapacitet att utökas avsevärt. eBERlight-teamet kommer att ingå långsiktiga avtal med 13 APS-kanaler som representerar ett brett spektrum av teknologier. Forskare som arbetar via eBERlight kommer också att ha tillgång till Argonne-resurser, såsom Argonne Computing Facility, där DOE Office of Sciences superdatorer och laboratoriesuperdatorer finns, och Center for Advanced Protein Characterization, där proteiner kristalliseras och förbereds för analys.
Allt eftersom programmet utvecklas kommer det att utnyttja kopplingar till andra användaranläggningar vid DOE Office of Science, såsom Pacific Northwest National Laboratorys Environmental Molecular Sciences Laboratory och Joint Genome Institute vid Lawrence Berkeley National Laboratory.
"Det krävs en hel by för att uppfostra ett barn, men det krävs en ännu större by för att lösa ett vetenskapligt problem", säger Argonne-fysikern Zou Finfrock, en medlem av eBERlight-teamet. 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、地球和环瑢境系 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、地球和环瑢境系”Jag älskar eBERlights mångfacetterade natur i dess strävan att skapa en integrerad plattform som främjar vetenskaplig forskning om biologiska, terrestra och ekologiska system.”Det låter enkelt, men omfattningen och den potentiella effekten är enorm.”
Idén till eBERlight har varit under utveckling i flera år, enligt Ken Kemner, seniorfysiker och gruppledare vid Argonne National Laboratory. Kemner arbetade på APS under laboratoriets 27 år, varav en stor del han tillbringade med att koppla samman miljöforskare med institutionens resurser. Nu kommer eBERlight att fortsätta detta arbete i större skala, sa han. Han ser fram emot att se vilka nya genombrott som kommer att göras genom forskning om växthusgaser, våtmarksekosystem och växters och mikroorganismers interaktioner med jord och sediment.
Nyckeln till eBERlights framgång, enligt Kemner, är utbildningen av synkrotronforskare, såväl som biologiska och miljöforskare.
"Man måste utbilda radiologer för att bättre förstå miljövetenskapliga problem och anpassa teknik för att bättre lösa miljöforskningsproblem", sa han. 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”Man behöver också utbilda miljöforskare om hur bra ljuskällor är för att lösa dessa problem.”Detta görs för att minska hindren för att attrahera dem.”
Laurent Chapon, biträdande chef för Photon Science Laboratory och chef för APS, sa att den nya planen innebär att demokratisera tillgången till APS och dess kapacitet.
"Denna plan skickar ett viktigt budskap om att APS är en kritisk resurs för nationen, kapabel att utveckla program som hjälper till att lösa akuta problem, i det här fallet miljömässiga och biologiska problem", sa 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观” 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观””eBERlight kommer att erbjuda en heltäckande lösning för forskare som söker lösa livsvetenskapliga problem av praktisk relevans.”
"Jag hoppas att oavsett vilka stora utmaningar forskare står inför, kan APS hjälpa dem", sa hon. 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。”"De här frågorna påverkar oss alla."
Argonne Leadership Computing Facility förser forskar- och ingenjörsvärlden med superdatorfunktioner för att främja grundläggande upptäckter och förståelse inom ett brett spektrum av discipliner. ALCF, som stöds av det amerikanska energidepartementets (DOE) program Advanced Scientific Computing Research (ASCR), är ett av DOE:s två ledande datacenter som är inriktade på öppen vetenskap.
Det amerikanska energidepartementets vetenskapskontors avancerade fotonkälla (APS) vid Argonne National Laboratory är en av de mest produktiva röntgenkällorna i världen. APS förser en mångfaldig grupp forskare inom materialvetenskap, kemi, kondenserad materiens fysik, livs- och miljövetenskap samt tillämpad forskning med röntgenstrålar med hög ljusstyrka. Dessa röntgenstrålar är idealiska för att studera material och biologiska strukturer; distribution av element; kemiska, magnetiska och elektroniska tillstånd; samt en rad tekniskt viktiga tekniska system, från batterier till injektionsmunstycken, som är grundläggande för vår nations ekonomiska, tekniska och ekonomiska utveckling och grunden för materiellt välbefinnande. Varje år använder mer än 5 000 forskare APS för att producera mer än 2 000 publikationer, som beskriver viktiga upptäckter och löser viktigare biologiska proteinstrukturer än någon annan användare av röntgenforskningsanläggningar. De innovativa teknologierna från APS-forskare och ingenjörer ligger till grund för utvecklingen av acceleratorer och ljuskällor. Dessa inkluderar inmatningsenheter som producerar de extremt ljusa röntgenstrålar som forskare värdesätter, linser som fokuserar röntgenstrålar ner till några få nanometer, instrument som maximerar interaktionen mellan röntgenstrålarna och det undersökta provet och enheter som samlar in och sammanställer röntgenprogramvara. Hantera stora datamängder från APS-studier.
Denna forskning använde resurser från Advanced Photon Source, en användaranläggning vid DOE Office of Science som förvaltas av DOE Office of Science's Argonne National Laboratory under kontraktsnummer DE-AC02-06CH11357.
Argonne National Laboratory har åtagit sig att lösa angelägna nationella vetenskapliga och tekniska problem. Argonne National Laboratory, det första nationella laboratoriet i USA, bedriver banbrytande grundforskning och tillämpad vetenskaplig forskning inom praktiskt taget alla vetenskapliga discipliner. Forskare vid Argonne National Laboratory arbetar nära forskare från hundratals företag, universitet och federala, statliga och kommunala myndigheter för att hjälpa dem att lösa specifika problem, främja USA:s vetenskapliga ledarskap och bygga en bättre framtid för nationen. Argonne har anställda av fler än 60 nationaliteter och leds av Argonne LLC i Chicago, en del av US Department of Energy's Office of Science.
Det amerikanska energidepartementets vetenskapskontor är den största finansiären av fysikalisk forskning i USA och arbetar för att ta itu med några av vår tids mest angelägna utmaningar. För mer information, besök https://energy.gov/science.
Publiceringstid: 6 november 2023