الأرض نظام بيئي معقد، ومكانتنا فيه تعتمد على عوامل عديدة. فمن صحة التربة إلى جودة الهواء، مروراً بسلوك النباتات والكائنات الدقيقة، يُعدّ فهم عالمنا الطبيعي وسكانه الآخرين أمراً بالغ الأهمية لبقائنا. ومع استمرار تغير المناخ، ستزداد أهمية دراسة البيئة وأشكال الحياة المتنوعة فيها.
في أكتوبر 2023، سيطلق مصدر الفوتونات المتقدم (APS)، وهو مرفق بحثي تابع لمكتب العلوم في مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، برنامجًا جديدًا رسميًا لتوسيع نطاق البحث والتحليل البيولوجي والبيئي في مختبرات الأشعة السينية الرائدة عالميًا. وقد حصلت شركة eBERlight مؤخرًا على موافقة برنامج البحوث البيولوجية والبيئية (BER) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. يهدف البرنامج إلى ربط الباحثين الذين يُجرون تجارب ضمن مهمة BER بموارد APS الرائدة عالميًا في مجال علوم الأشعة السينية. ومن خلال توسيع نطاق الوصول إلى الإمكانيات المتنوعة لـ APS، يأمل فريق eBERlight في اكتشاف أساليب علمية جديدة واستقطاب فرق بحثية متعددة التخصصات لاستكشاف آفاق جديدة للعالم الذي نعيش فيه.
"هذه فرصة لخلق شيء جديد لم يكن موجودًا في APS من قبل"، قالت كارولين ميشالسكا، عالمة البلورات البروتينية في مختبر أرغون الوطني، والتي تقود العمل على eBERlight. ​‹يسعدني أن أرحب بكم في هذا المكان الذي ستستمتعون فيه بالمتعة والإثارة. لا داعي للقلق بشأن هذا الأمر. "<"إنني أتطلع إلى أن أتمكن من الحصول على أفضل ما لدي من خبرة في مجالي، وأتمنى أن أتمكن من تحقيق ذلك.""نحن نعمل على توسيع نطاق الوصول لتمكين المزيد من الأبحاث البيولوجية والبيئية، ولأن البرنامج جديد للغاية، فإن العلماء الذين سيستخدمون المنشأة يساعدوننا في تطويرها."
منذ تأسيسها في تسعينيات القرن الماضي، تتبوأ الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS) مكانة رائدة في مجال "علم البلورات الجزيئية الكبيرة" في البحوث البيولوجية. ويستخدم العلماء هذه التقنية لفهم المزيد عن الأمراض المعدية والفيروسات، مما يمهد الطريق لتطوير اللقاحات والعلاجات. وتطمح الجمعية الآن إلى توسيع نطاق نجاحها ليشمل مجالات أخرى من علوم الحياة والبيئة.
إحدى المشكلات التي تواجه هذا التوسع هي أن العديد من علماء الأحياء والبيئة يجهلون إمكانيات مصدر الفوتونات المتقدم (APS) في مساعدتهم على تطوير أبحاثهم، كما أنهم غير ملمين بعملية إنتاج أشعة سينية ساطعة لجسم ما. وبالمثل، لا يعرف العديد من العلماء أيًّا من محطات التجارب العديدة التابعة لمصدر الفوتونات المتقدم، والتي تُسمى خطوط الحزم، هي الأنسب لتجاربهم، نظرًا لأن كل محطة مُصممة خصيصًا لعلم أو تقنية محددة.
أوضحت ميشالسكا أن هذا هو دور منصة eBERlight، واصفةً إياها بأنها منظومة افتراضية مصممة لربط العلماء بالتقنيات المناسبة عبر المسار الأمثل في نظام APS. سيقدم الباحثون مقترحاتهم إلى فريق eBERlight الذي سيساعد في مواءمة التصميم التجريبي مع القناة الصحيحة لإجراء الدراسة المقترحة. وأضافت أن تنوع إمكانيات نظام APS يعني أن eBERlight يمكن أن يكون له تأثير في مجالات متعددة من علم الأحياء والعلوم البيئية.
وقالت: "نحن ننظر في ما يدرسه باحثو مركز أبحاث الطاقة الحيوية وكيف يمكننا استكمال هذا البحث". ​‹‹يتوفر لدينا نظام APS الحالي. ​‹‹يتوفر لدينا نظام APS الحالي."بعض هؤلاء الباحثين لم يستخدموا أبدًا جهاز السنكروترون مثل APS."يتعلمون الأدوات المتاحة والأسئلة العلمية التي يمكن معالجتها في الجمعية الفيزيائية الأمريكية والتي لا يمكن معالجتها في أي مكان آخر.
"هذه فرصة لبناء شيء جديد لم يكن موجودًا من قبل في مختبر أرغون الوطني. نحن نوسع نطاق الأبحاث البيولوجية والبيئية، ولأن هذا بحث جديد، فإن العلماء الذين سيستخدمون هذا المرفق يساعدوننا في تطوير المشروع." - كارولين ميشالسكا، مختبر أرغون الوطني
أما فيما يتعلق بالعلوم المحددة التي سيركز عليها مشروع eBERlight، فقد ذكرت ميشالسكا أنه سيشمل كل شيء بدءًا من أبحاث التربة وزراعة النباتات، مرورًا بتكوين السحب، وصولًا إلى الوقود الحيوي. وأضاف ستيفان فوغت، نائب مدير قسم علوم الأشعة السينية في الجمعية الفيزيائية الأمريكية، دورة الماء إلى القائمة، مشيرًا إلى أن هذه المعلومات بالغة الأهمية لفهم أفضل لظروف تغير المناخ.
وقال فوغت: "نحن ندرس مسائل تتعلق بعلم المناخ، ونحن بحاجة إلى مواصلة دراستها". ​‹إنني أتطلع إلى أن أتمكن من الحصول على أفضل ما لدي.› ​‹إنني أتطلع إلى أن أتمكن من الحصول على أفضل ما لدي.›"نحن بحاجة إلى فهم كيفية مكافحة العواقب البيئية العميقة لتغير المناخ."
رغم إطلاق مشروع eBERlight رسميًا في أكتوبر، سيظل مشروع APS متوقفًا لمدة عام كجزء من عملية تحديث شاملة للمنشأة. خلال هذه الفترة، سيعمل الفريق على البحث والتطوير لنظام أخذ عينات بيولوجية وبيئية، وإنشاء قواعد بيانات، والتواصل مع الجمهور بشأن البرنامج.
عندما يعود نظام APS للعمل مجدداً في عام 2024، ستتوسع قدراته بشكل ملحوظ. سيبرم فريق eBERlight اتفاقيات طويلة الأجل مع 13 قناة تابعة لنظام APS تمثل طيفاً واسعاً من التقنيات. كما سيتمكن العلماء العاملون من خلال eBERlight من الوصول إلى موارد مختبر أرجون الوطني، مثل مرفق أرجون للحوسبة، حيث توجد الحواسيب العملاقة التابعة لمكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية والحواسيب العملاقة المختبرية، ومركز توصيف البروتينات المتقدم، حيث تُبلور البروتينات وتُجهز للتحليل.
ومع تطور البرنامج، سيستفيد من الروابط مع مرافق المستخدمين الأخرى التابعة لمكتب العلوم بوزارة الطاقة، مثل مختبر علوم الجزيئات البيئية التابع لمختبر باسيفيك نورث ويست الوطني ومعهد الجينوم المشترك في مختبر لورانس بيركلي الوطني.
"يتطلب الأمر قرية بأكملها لتربية طفل، لكن الأمر يتطلب قرية أكبر لحل مشكلة علمية"، هكذا قالت الفيزيائية زو فينفرك من مختبر أرجون الوطني، وهي عضو في فريق eBERlight. """""""eBERlight""""""""""""""""""""""" من المؤكد أن كل ما عليك فعله هو أن تكون قادرًا على تحقيق النجاح في المستقبل. """""""eBERlight""""""""""""""""""""""" من المؤكد أن كل ما عليك فعله هو أن تكون قادرًا على تحقيق النجاح في المستقبل."أحب الطبيعة متعددة الأوجه لمشروع eBERlight حيث يسعى جاهداً لإنشاء منصة متكاملة تعمل على تطوير البحث العلمي في الأنظمة البيولوجية والأرضية والبيئية."يبدو الأمر بسيطاً، لكن نطاقه وتأثيره المحتمل هائل.
بحسب كين كيمنر، كبير الفيزيائيين ورئيس مجموعة بحثية في مختبر أرغون الوطني، فإن فكرة مشروع eBERlight كانت قيد التطوير لسنوات. عمل كيمنر في قسم الفيزياء التطبيقية (APS) طوال فترة عمل المختبر التي امتدت 27 عامًا، وقضى معظمها في ربط الباحثين البيئيين بموارد المؤسسة. وأضاف أن مشروع eBERlight سيواصل هذا العمل على نطاق أوسع. ويتطلع كيمنر إلى رؤية الإنجازات الجديدة التي ستُحقق من خلال الأبحاث المتعلقة بالغازات الدفيئة، والنظم البيئية للأراضي الرطبة، وتفاعلات النباتات والكائنات الدقيقة مع التربة والرواسب.
ويكمن سر نجاح مشروع eBERlight، وفقًا لكيمر، في تدريب علماء السنكروترون، بالإضافة إلى علماء الأحياء والبيئة.
وقال: "يجب تدريب أخصائيي الأشعة على فهم مشاكل العلوم البيئية بشكل أفضل وتكييف التكنولوجيا لحل مشاكل البحث البيئي بشكل أفضل". ​‹إن هذا هو ما يحدث الآن في أي مكان في العالم. ​‹إن هذا هو ما يحدث الآن في أي مكان في العالم."كما تحتاجون إلى تثقيف علماء البيئة حول مدى فعالية مصادر الضوء في حل هذه المشاكل."يتم ذلك بهدف تقليل العوائق التي تحول دون جذبهم.
قال لوران شابون، نائب مدير مختبر علوم الفوتون ومدير APS، إن الخطة الجديدة تعني إتاحة الوصول إلى APS وقدراته للجميع.
وقال تشابون: "تبعث هذه الخطة برسالة مهمة مفادها أن APS مورد بالغ الأهمية للأمة، وقادر على تطوير برامج تساعد في حل المشاكل الملحة، وفي هذه الحالة المشاكل البيئية والبيولوجية". "يقوم موقع eBERlight بتزويدنا بمعلومات جديدة حول أفضل ما لدينا." "يقوم موقع eBERlight بتزويدنا بمعلومات جديدة حول أفضل ما لدينا.""سيوفر مشروع eBERlight حلاً شاملاً للعلماء الذين يسعون إلى حل مشاكل علوم الحياة ذات الصلة العملية."
وقالت: "آمل أن تتمكن الجمعية الفيزيائية الأمريكية من مساعدتهم مهما كانت التحديات الكبيرة التي يواجهها العلماء". """"""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""هذه القضايا تؤثر علينا جميعاً."
يُوفر مركز أرغون للحوسبة القيادية للمجتمع العلمي والهندسي إمكانيات الحوسبة الفائقة لتعزيز الاكتشافات والفهم الأساسي في مجموعة واسعة من التخصصات. وبدعم من برنامج أبحاث الحوسبة العلمية المتقدمة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، يُعد مركز أرغون للحوسبة القيادية أحد مركزين رائدين للحوسبة تابعين لوزارة الطاقة الأمريكية مُخصصين للعلوم المفتوحة.
يُعدّ مصدر الفوتونات المتقدم (APS) التابع لمكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية في مختبر أرغون الوطني أحد أكثر مصادر الأشعة السينية إنتاجية في العالم. يوفر APS أشعة سينية عالية السطوع لمجموعة متنوعة من الباحثين في علوم المواد، والكيمياء، وفيزياء المادة المكثفة، وعلوم الحياة والبيئة، والبحوث التطبيقية. تُعدّ هذه الأشعة السينية مثالية لدراسة المواد والبنى البيولوجية، وتوزيع العناصر، والحالات الكيميائية والمغناطيسية والإلكترونية، بالإضافة إلى مجموعة من الأنظمة الهندسية ذات الأهمية التكنولوجية، بدءًا من البطاريات وصولًا إلى فوهات الحقن، والتي تُشكّل أساس التنمية الاقتصادية والتكنولوجية لبلادنا، وركيزة أساسية لرفاهية المواد. في كل عام، يستخدم أكثر من 5000 باحث APS لإنتاج أكثر من 2000 منشور، تُفصّل اكتشافات مهمة وتُحلّل بنى بروتينية بيولوجية أكثر أهمية من أي مستخدم آخر لمرافق أبحاث الأشعة السينية. تُشكّل التقنيات المبتكرة لعلماء ومهندسي APS أساس تطوير المُسرّعات ومصادر الضوء. تشمل هذه الأجهزة أجهزة إدخال تُنتج أشعة سينية فائقة السطوع، والتي تحظى بتقدير الباحثين، وعدسات تُركّز الأشعة السينية إلى بضعة نانومترات، وأدوات تُعظّم تفاعل الأشعة السينية مع العينة قيد الدراسة، وأجهزة تجمع وتُجمّع برامج الأشعة السينية. كما تُدير كميات هائلة من البيانات من دراسات مطيافية الفوتونات المتقدمة (APS).
استخدم هذا البحث موارد من مصدر الفوتون المتقدم، وهو مرفق مستخدم تابع لمكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية، وتديره مختبر أرغون الوطني التابع لمكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية بموجب العقد رقم DE-AC02-06CH11357.
يلتزم مختبر أرغون الوطني بحلّ المشكلات العلمية والتكنولوجية الوطنية الملحة. ويُعدّ مختبر أرغون الوطني، أول مختبر وطني في الولايات المتحدة، حيث يُجري أبحاثًا علمية أساسية وتطبيقية رائدة في جميع التخصصات العلمية تقريبًا. ويتعاون باحثو مختبر أرغون الوطني تعاونًا وثيقًا مع باحثين من مئات الشركات والجامعات والوكالات الفيدرالية والولائية والمحلية لمساعدتهم في حلّ مشكلات محددة، وتعزيز الريادة العلمية الأمريكية، وبناء مستقبل أفضل للأمة. ويضمّ مختبر أرغون موظفين من أكثر من 60 جنسية، وتُديره شركة أرغون المحدودة في شيكاغو، التابعة لمكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية.
يُعدّ مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية أكبر ممول لأبحاث العلوم الفيزيائية في الولايات المتحدة، ويعمل على معالجة بعضٍ من أكثر التحديات إلحاحًا في عصرنا. لمزيد من المعلومات، تفضل بزيارة الموقع الإلكتروني https://energy.gov/science.
تاريخ النشر: 6 نوفمبر 2023