La Tierra es un ecosistema complejo, y nuestro lugar en él depende de muchos factores. Desde la salud del suelo hasta la calidad del aire, pasando por el comportamiento de las plantas y los microorganismos, comprender nuestro mundo natural y sus demás habitantes es fundamental para nuestra supervivencia. A medida que el clima continúa cambiando, el estudio del medio ambiente y sus diversas formas de vida adquirirá aún mayor importancia.
En octubre de 2023, la Fuente Avanzada de Fotones (APS), una instalación para usuarios perteneciente a la Oficina de Ciencia del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), lanzará oficialmente un nuevo programa para ampliar las capacidades de investigación y análisis biológico y ambiental en el campo de rayos X, uno de los laboratorios líderes a nivel mundial. La empresa eBERlight recibió recientemente la aprobación del programa de Investigación Biológica y Ambiental (BER) del Departamento de Energía de los Estados Unidos. El objetivo es conectar a los investigadores que realizan experimentos en la misión BER con los recursos científicos de rayos X de vanguardia de la APS. Al ampliar el acceso a las diversas capacidades de la APS, los responsables de eBERlight esperan descubrir nuevos métodos científicos y atraer nuevos equipos interdisciplinarios de investigadores para explorar nuevas perspectivas sobre el mundo en que vivimos.
“Esta es una oportunidad para crear algo nuevo que no existía antes en APS”, dijo Caroline Michalska, cristalóloga de proteínas del Laboratorio Nacional Argonne, quien lidera el trabajo en 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�<“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”“Estamos ampliando el acceso para facilitar una mayor investigación biológica y ambiental, y dado que el programa es tan reciente, los científicos que utilizarán las instalaciones nos están ayudando a desarrollarlo.”
Desde su fundación en la década de 1990, APS ha sido líder en el campo de la cristalografía macromolecular en la investigación biológica. Los científicos utilizan esta tecnología para comprender mejor las enfermedades infecciosas y los virus, sentando así las bases para el desarrollo de vacunas y tratamientos. Ahora, APS aspira a extender su éxito a otras áreas de las ciencias biológicas y ambientales.
Un problema de esta expansión es que muchos científicos biológicos y ambientales desconocen las capacidades del APS para impulsar sus investigaciones y no están familiarizados con el proceso de producción de rayos X brillantes de un objeto. Asimismo, muchos científicos no saben cuál de las numerosas estaciones experimentales del APS, denominadas líneas de haz, es la más adecuada para sus experimentos, ya que cada estación está optimizada para una ciencia y tecnología específicas.
Michalska explicó que aquí es donde entra en juego eBERlight. Lo describió como un ecosistema virtual diseñado para conectar a los científicos con las tecnologías adecuadas y la vía correcta dentro del sistema APS. Los investigadores presentarán propuestas al personal de eBERlight, quienes les ayudarán a alinear el diseño experimental con el canal correcto para llevar a cabo el estudio propuesto. Añadió que la diversidad de capacidades del sistema APS permite que eBERlight tenga un impacto en múltiples áreas de la biología y las ciencias ambientales.
“Estamos analizando qué están estudiando los investigadores del BER y cómo podemos complementar esa investigación”, dijo. 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。“Algunos de estos investigadores nunca han utilizado un sincrotrón como el APS.Aprenden qué herramientas están disponibles y qué preguntas científicas se pueden abordar en APS que no se pueden resolver en ningún otro lugar.
“Esta es una oportunidad para construir algo nuevo que no existía antes en APS. Estamos ampliando el alcance de la investigación biológica y ambiental, y dado que se trata de una investigación nueva, los científicos que utilizarán las instalaciones nos están ayudando a desarrollar el proyecto.” — Caroline Michalska, Laboratorio Nacional Argonne
En cuanto a la ciencia específica que promoverá eBERlight, Michalska afirmó que abarcará desde la investigación del suelo hasta el cultivo de plantas, la formación de nubes y los biocombustibles. Stefan Vogt, subdirector de la División de Ciencia de Rayos X de la APS, añadió el ciclo del agua a la lista, señalando que esta información es fundamental para comprender mejor las condiciones del cambio climático.
“Estamos estudiando cuestiones relacionadas con la ciencia del clima, y debemos seguir estudiándolas”, dijo 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。”“Necesitamos comprender cómo combatir las profundas consecuencias ecológicas del cambio climático.”
Si bien eBERlight se lanzó oficialmente en octubre, APS permanecerá inactivo durante un año como parte de una renovación integral de sus instalaciones. Durante este tiempo, el equipo trabajará en la investigación y el desarrollo de un sistema de muestreo biológico y ambiental, la creación de bases de datos y la divulgación del programa.
Cuando APS vuelva a estar operativo en 2024, sus capacidades se habrán ampliado significativamente. El equipo de eBERlight firmará acuerdos a largo plazo con 13 canales de APS que representan una amplia gama de tecnologías. Los científicos que trabajen a través de eBERlight también tendrán acceso a los recursos de Argonne, como el Centro de Computación de Argonne, donde se ubican las supercomputadoras de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía y las supercomputadoras de laboratorio, y el Centro para la Caracterización Avanzada de Proteínas, donde se cristalizan y preparan las proteínas para su análisis.
A medida que el programa evolucione, aprovechará las conexiones con otras instalaciones de usuarios de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía, como el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y el Instituto Conjunto del Genoma en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
“Se necesita una comunidad entera para criar a un niño, pero se necesita una comunidad aún mayor para resolver un problema científico”, dijo el físico de Argonne, Zou Finfrock, miembro del equipo 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.“Me encanta la naturaleza multifacética de eBERlight, ya que se esfuerza por crear una plataforma integrada que impulse la investigación científica en sistemas biológicos, terrestres y ecológicos.Suena sencillo, pero la magnitud y el impacto potencial son enormes.
La idea de eBERlight lleva años gestándose, según Ken Kemner, físico sénior y jefe de grupo en el Laboratorio Nacional Argonne. Kemner trabajó en APS durante los 27 años de existencia del laboratorio, gran parte de los cuales los dedicó a conectar a investigadores ambientales con los recursos de la institución. Ahora, eBERlight continuará esta labor a mayor escala, afirmó. Espera con interés los nuevos avances que se lograrán mediante la investigación sobre gases de efecto invernadero, ecosistemas de humedales y las interacciones de plantas y microorganismos con el suelo y los sedimentos.
Según Kemner, la clave del éxito de eBERlight reside en la formación de científicos especializados en sincrotrones, así como de científicos biológicos y ambientales.
“Hay que capacitar a los radiólogos para que comprendan mejor los problemas de las ciencias ambientales y adapten la tecnología para resolver mejor los problemas de la investigación ambiental”, afirmó. 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.“También es necesario educar a los científicos ambientales sobre la eficacia de las fuentes de luz para resolver estos problemas.Esto se hace para reducir las barreras que dificultan su atracción.
Laurent Chapon, subdirector del Laboratorio de Ciencia Fotónica y director de APS, afirmó que el nuevo plan supone democratizar el acceso a APS y a sus capacidades.
“Este plan transmite un mensaje importante: que APS es un recurso fundamental para la nación, capaz de desarrollar programas que ayuden a resolver problemas urgentes, en este caso problemas ambientales y biológicos”, dijo 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 proporcionará una solución integral para los científicos que buscan resolver problemas de las ciencias de la vida con relevancia práctica.”
“Espero que, independientemente de los grandes desafíos a los que se enfrenten los científicos, la APS pueda ayudarlos”, dijo. 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。”“Estos problemas nos afectan a todos.”
El Centro de Computación de Alto Rendimiento de Argonne (ALCF) proporciona a la comunidad científica y de ingeniería capacidades de supercomputación para impulsar el descubrimiento y la comprensión fundamentales en una amplia gama de disciplinas. Con el apoyo del programa de Investigación Avanzada en Computación Científica (ASCR) del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), ALCF es uno de los dos centros de computación líderes del DOE dedicados a la ciencia abierta.
La Fuente Avanzada de Fotones (APS) de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. en el Laboratorio Nacional Argonne es una de las fuentes de rayos X más productivas del mundo. La APS proporciona rayos X de alta luminosidad a un grupo diverso de investigadores en ciencia de materiales, química, física de la materia condensada, ciencias biológicas y ambientales, e investigación aplicada. Estos rayos X son ideales para estudiar materiales y estructuras biológicas; la distribución de elementos; estados químicos, magnéticos y electrónicos; así como una gama de sistemas de ingeniería de importancia tecnológica, desde baterías hasta boquillas de inyección, que son fundamentales para el desarrollo económico, tecnológico y de la economía de nuestro país. Cada año, más de 5000 investigadores utilizan la APS para producir más de 2000 publicaciones, detallando descubrimientos importantes y resolviendo más estructuras de proteínas biológicas importantes que cualquier otro usuario de instalaciones de investigación de rayos X. Las tecnologías innovadoras de los científicos e ingenieros de la APS sustentan el desarrollo de aceleradores y fuentes de luz. Esto incluye dispositivos de entrada que producen los rayos X extremadamente brillantes que tanto aprecian los investigadores, lentes que enfocan los rayos X hasta unos pocos nanómetros, instrumentos que maximizan la interacción de los rayos X con la muestra en estudio y dispositivos que recopilan y ensamblan software de rayos X. Gestionar grandes volúmenes de datos de estudios de APS.
Esta investigación utilizó recursos de la Fuente Avanzada de Fotones (Advanced Photon Source), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía (DOE) administrada por el Laboratorio Nacional Argonne de la Oficina de Ciencia del DOE bajo el Contrato No. DE-AC02-06CH11357.
El Laboratorio Nacional Argonne está comprometido con la solución de problemas científicos y tecnológicos nacionales urgentes. Siendo el primer laboratorio nacional de Estados Unidos, el Laboratorio Nacional Argonne lleva a cabo investigación científica básica y aplicada de vanguardia en prácticamente todas las disciplinas científicas. Los investigadores del Laboratorio Nacional Argonne colaboran estrechamente con investigadores de cientos de empresas, universidades y agencias federales, estatales y municipales para ayudarlos a resolver problemas específicos, impulsar el liderazgo científico de Estados Unidos y construir un futuro mejor para la nación. Argonne cuenta con empleados de más de 60 nacionalidades y está administrado por Argonne LLC en Chicago, que forma parte de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de Estados Unidos.
La Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos es la principal entidad financiadora de la investigación en ciencias físicas del país y trabaja para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite https://energygy.gov/science.
Fecha de publicación: 6 de noviembre de 2023