Die Erde ist ein komplexes Ökosystem, und unser Platz darin hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Von der Bodengesundheit über die Luftqualität bis hin zum Verhalten von Pflanzen und Mikroorganismen – das Verständnis unserer natürlichen Welt und ihrer Bewohner ist für unser eigenes Überleben entscheidend. Angesichts des fortschreitenden Klimawandels wird die Erforschung der Umwelt und ihrer vielfältigen Lebensformen immer wichtiger.
Im Oktober 2023 startet die Advanced Photon Source (APS), eine Nutzereinrichtung des Office of Science am Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE), offiziell ein neues Programm zur Erweiterung der Forschungs- und Analysekapazitäten im Bereich der biologischen und umweltbezogenen Röntgenforschung. Das Unternehmen eBERlight erhielt kürzlich die Genehmigung des BER-Programms (Biological and Environmental Research) des US-Energieministeriums. Ziel ist es, Forschende, die im Rahmen der BER-Mission Experimente durchführen, mit den weltweit führenden Röntgenressourcen der APS zu vernetzen. Durch den erweiterten Zugang zu den vielfältigen Möglichkeiten der APS erhofft sich eBERlight, neue wissenschaftliche Methoden zu entdecken und neue interdisziplinäre Forschungsteams zu gewinnen, um neue Perspektiven auf unsere Welt zu eröffnen.
„Dies ist eine Gelegenheit, etwas Neues zu schaffen, das es in APS noch nie gegeben hat“, sagte Caroline Michalska, Proteinkristallologin am Argonne National Laboratory und Leiterin der Arbeiten an 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“ â�<“„Wir erweitern den Zugang, um mehr biologische und umweltbezogene Forschung zu ermöglichen, und da das Programm so neu ist, helfen uns die Wissenschaftler, die die Einrichtung nutzen werden, bei ihrer Entwicklung.“
Seit ihrer Gründung in den 1990er Jahren ist die APS führend auf dem Gebiet der makromolekularen Kristallographie in der biologischen Forschung. Wissenschaftler nutzen diese Technologie, um mehr über Infektionskrankheiten und Viren zu erfahren und so die Grundlage für Impfstoffe und Therapien zu schaffen. Die APS hat sich nun zum Ziel gesetzt, ihren Erfolg auf weitere Bereiche der Lebens- und Umweltwissenschaften auszuweiten.
Ein Problem dieser Erweiterung besteht darin, dass viele Biologen und Umweltwissenschaftler die Möglichkeiten des APS für ihre Forschung nicht kennen und mit dem Verfahren zur Erzeugung heller Röntgenstrahlen nicht vertraut sind. Ebenso wissen viele Wissenschaftler nicht, welche der zahlreichen APS-Experimentierstationen, sogenannte Strahlführungen, für ihre Experimente am besten geeignet ist, da jede Station für einen bestimmten wissenschaftlichen Bereich und eine bestimmte Technologie optimiert ist.
Michalska erklärte, dass hier eBERlight ins Spiel komme. Sie beschrieb es als virtuelles Ökosystem, das Wissenschaftler mit den passenden Technologien und dem richtigen Weg innerhalb der APS verbindet. Forscher reichen ihre Anträge bei den eBERlight-Mitarbeitern ein, die dabei helfen, das Versuchsdesign mit dem geeigneten Kanal für die Durchführung der geplanten Studie abzustimmen. Die Vielfalt der Kompetenzen der APS ermögliche es eBERlight, in verschiedenen Bereichen der Biologie und Umweltwissenschaften Wirkung zu entfalten, so Michalska.
„Wir schauen uns an, woran die Forscher des BER arbeiten und wie wir diese Forschung ergänzen können“, sagte sie. 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.„Einige dieser Forscher haben noch nie ein Synchrotron wie APS benutzt.“Sie erfahren, welche Instrumente zur Verfügung stehen und welche wissenschaftlichen Fragestellungen am APS bearbeitet werden können, die anderswo nicht möglich sind.“
„Dies ist eine Gelegenheit, etwas Neues zu schaffen, das es im APS bisher noch nicht gab. Wir erweitern den Bereich der biologischen und umweltbezogenen Forschung, und da es sich um neue Forschung handelt, helfen uns die Wissenschaftler, die die Einrichtung nutzen werden, bei der Entwicklung des Projekts.“ – Caroline Michalska, Argonne National Laboratory
Michalska erklärte, dass eBERlight unter anderem folgende Forschungsbereiche fördern werde: von Bodenforschung über Pflanzenanbau und Wolkenbildung bis hin zu Biokraftstoffen. Stefan Vogt, stellvertretender Direktor der APS-Abteilung für Röntgenwissenschaften, ergänzte die Liste um den Wasserkreislauf und betonte, dass diese Informationen für ein besseres Verständnis des Klimawandels unerlässlich seien.
„Wir untersuchen Fragen im Zusammenhang mit der Klimawissenschaft, und wir müssen diese Untersuchungen fortsetzen“, sagte 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。“„Wir müssen verstehen, wie wir die tiefgreifenden ökologischen Folgen des Klimawandels bekämpfen können.“
Obwohl eBERlight offiziell im Oktober gestartet ist, wird APS im Rahmen einer umfassenden Modernisierung der Einrichtung ein Jahr lang pausieren. Während dieser Zeit wird das Team an der Forschung und Entwicklung eines Systems zur Probenahme biologischer und umweltbezogener Daten arbeiten, Datenbanken erstellen und die Öffentlichkeitsarbeit für das Programm verstärken.
Wenn APS 2024 wieder online geht, werden seine Kapazitäten deutlich erweitert sein. Das eBERlight-Team wird langfristige Vereinbarungen mit 13 APS-Kanälen abschließen, die ein breites Technologiespektrum abdecken. Wissenschaftler, die über eBERlight arbeiten, werden außerdem Zugang zu den Ressourcen von Argonne haben, darunter das Argonne Computing Facility, in dem sich die Supercomputer des DOE Office of Science und die Laborsupercomputer befinden, sowie das Center for Advanced Protein Characterization, wo Proteine kristallisiert und für die Analyse vorbereitet werden.
Im Zuge der Weiterentwicklung des Programms werden Verbindungen zu anderen Nutzereinrichtungen des DOE Office of Science genutzt, wie beispielsweise dem Environmental Molecular Sciences Laboratory des Pacific Northwest National Laboratory und dem Joint Genome Institute des Lawrence Berkeley National Laboratory.
„Man braucht ein ganzes Dorf, um ein Kind großzuziehen, aber man braucht ein noch viel größeres Dorf, um ein wissenschaftliches Problem zu lösen“, sagte der Argonne-Physiker Zou Finfrock, ein Mitglied des eBERlight-Teams. 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.„Ich liebe die Vielseitigkeit von eBERlight, da es bestrebt ist, eine integrierte Plattform zu schaffen, die die wissenschaftliche Forschung in biologischen, terrestrischen und ökologischen Systemen voranbringt.“Es klingt einfach, aber das Ausmaß und die potenziellen Auswirkungen sind enorm.“
Die Idee zu eBERlight reifte laut Ken Kemner, leitender Physiker und Gruppenleiter am Argonne National Laboratory, über Jahre hinweg. Kemner arbeitete 27 Jahre lang am APS, wo er sich vor allem darum kümmerte, Umweltforscher mit den Ressourcen der Einrichtung zu vernetzen. eBERlight werde diese Arbeit nun in größerem Umfang fortsetzen, erklärte er. Er freue sich darauf, welche neuen Erkenntnisse durch die Forschung zu Treibhausgasen, Feuchtgebietsökosystemen und den Wechselwirkungen von Pflanzen und Mikroorganismen mit Boden und Sedimenten gewonnen werden.
Laut Kemner liegt der Schlüssel zum Erfolg von eBERlight in der Ausbildung von Synchrotronwissenschaftlern sowie von Biologen und Umweltwissenschaftlern.
„Man muss Radiologen darin schulen, umweltwissenschaftliche Probleme besser zu verstehen und die Technologie so anzupassen, dass umweltwissenschaftliche Forschungsprobleme besser gelöst werden können“, sagte er. 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 muss auch Umweltwissenschaftler darüber aufklären, wie gut Lichtquellen zur Lösung dieser Probleme geeignet sind.“Dies geschieht, um die Hürden für ihre Gewinnung zu senken.
Laurent Chapon, stellvertretender Direktor des Photon Science Laboratory und Direktor von APS, sagte, der neue Plan bedeute die Demokratisierung des Zugangs zu APS und seinen Fähigkeiten.
„Dieser Plan sendet ein wichtiges Signal, dass APS eine entscheidende Ressource für die Nation ist, die in der Lage ist, Programme zu entwickeln, die zur Lösung drängender Probleme beitragen, in diesem Fall Umwelt- und biologischer Probleme“, sagte Chapon. „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 wird eine umfassende Lösung für Wissenschaftler bieten, die nach Lösungen für praktisch relevante Probleme der Lebenswissenschaften suchen.“
„Ich hoffe, dass die APS den Wissenschaftlern bei all den großen Herausforderungen helfen kann“, sagte sie. 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。“„Diese Probleme betreffen uns alle.“
Das Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) stellt der wissenschaftlichen und ingenieurtechnischen Gemeinschaft Supercomputing-Kapazitäten zur Verfügung, um grundlegende Entdeckungen und das Verständnis in einer Vielzahl von Disziplinen voranzutreiben. Das ALCF wird vom Advanced Scientific Computing Research (ASCR)-Programm des US-Energieministeriums (DOE) gefördert und ist eines von zwei führenden DOE-Rechenzentren, die sich der offenen Wissenschaft widmen.
Die Advanced Photon Source (APS) des US-Energieministeriums am Argonne National Laboratory ist eine der produktivsten Röntgenquellen weltweit. Die APS liefert hochenergetische Röntgenstrahlung für eine vielfältige Forschergruppe in den Bereichen Materialwissenschaften, Chemie, Festkörperphysik, Lebens- und Umweltwissenschaften sowie angewandte Forschung. Diese Röntgenstrahlung eignet sich ideal zur Untersuchung von Materialien und biologischen Strukturen, der Elementverteilung, chemischen, magnetischen und elektronischen Zuständen sowie einer Reihe technologisch wichtiger Systeme – von Batterien bis hin zu Einspritzdüsen –, die grundlegend für die wirtschaftliche und technologische Entwicklung unseres Landes und den materiellen Wohlstand sind. Jedes Jahr nutzen über 5.000 Forscher die APS, um mehr als 2.000 Publikationen zu veröffentlichen, die wichtige Entdeckungen detailliert beschreiben und mehr bedeutende biologische Proteinstrukturen aufklären als jeder andere Nutzer von Röntgenforschungseinrichtungen. Die innovativen Technologien der Wissenschaftler und Ingenieure der APS bilden die Grundlage für die Entwicklung von Beschleunigern und Lichtquellen. Dazu gehören Eingabegeräte, die die von Forschern begehrten extrem hellen Röntgenstrahlen erzeugen, Linsen, die Röntgenstrahlen auf wenige Nanometer fokussieren, Instrumente, die die Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit der zu untersuchenden Probe maximieren, sowie Geräte zur Erfassung und Zusammenstellung von Röntgendaten und zugehöriger Software. Die Software verwaltet große Datenmengen aus APS-Studien.
Diese Forschung nutzte Ressourcen der Advanced Photon Source, einer Nutzereinrichtung des DOE Office of Science, die vom Argonne National Laboratory des DOE Office of Science unter der Vertragsnummer DE-AC02-06CH11357 verwaltet wird.
Das Argonne National Laboratory widmet sich der Lösung drängender nationaler Wissenschafts- und Technologieprobleme. Als erstes nationales Labor der Vereinigten Staaten betreibt es Spitzenforschung in nahezu allen wissenschaftlichen Disziplinen – sowohl Grundlagenforschung als auch angewandte Forschung. Die Forschenden des Argonne National Laboratory arbeiten eng mit Wissenschaftlern aus Hunderten von Unternehmen, Universitäten sowie Bundes-, Landes- und Kommunalbehörden zusammen, um konkrete Probleme zu lösen, die wissenschaftliche Führungsrolle der USA auszubauen und eine bessere Zukunft für das Land zu gestalten. Argonne beschäftigt Mitarbeitende aus über 60 Nationen und wird von der Argonne LLC in Chicago, einem Teil des Office of Science des US-Energieministeriums, verwaltet.
Das Office of Science des US-Energieministeriums ist der größte Förderer physikalischer Forschung in den Vereinigten Staaten und arbeitet an der Bewältigung einiger der drängendsten Herausforderungen unserer Zeit. Weitere Informationen finden Sie unter https://energy.gov/science.
Veröffentlichungsdatum: 06.11.2023