地球は複雑な生態系であり、その中での私たちの存在は様々な要因に左右されます。土壌の健康状態から大気質、植物や微生物の挙動に至るまで、自然界とその住人を理解することは、私たちの生存にとって極めて重要です。気候変動が続く中、環境とその多様な生命体の研究は、ますます重要性を増していくでしょう。
2023年10月、米国エネルギー省（DOE）アルゴンヌ国立研究所の科学局内のユーザー施設である先端光子源（APS）は、世界有数の研究所における生物学および環境研究と分析能力を拡張するための新しいプログラムを正式に開始します。X線分野。eBERlightという会社が最近、米国エネルギー省の生物環境研究（BER）プログラムから承認を受けました。目標は、BERミッションで実験を行う研究者とAPSの世界最先端のX線科学リソースを結びつけることです。APSの多様な機能へのアクセスを拡大することで、eBERlightの研究者たちは、新しい科学的手法を発見し、私たちが住む世界に対する新しい視点を探求する新しい学際的な研究チームを引き付けることを期待しています。
「これは、これまでAPSには存在しなかった新しいものを作り出すチャンスです」と、eBERlightの研究を率いるアルゴンヌ国立研究所のタンパク質結晶学者、キャロライン・ミハルスカ氏は語った。 「私たちは現在、より多くの生物および環境の研究を視野に入れており、この報告書は非常に新しいため、この計画の研究を支援するためにこの計画を使用する予定です。」 「私たちは現在、より多くの生物および環境の研究を目指して大規模な研究に取り組んでおり、この文書はこのように新しいものであるため」「私たちは、より多くの生物学および環境研究を可能にするために、施設へのアクセスを拡大しています。このプログラムはまだ始まったばかりなので、施設を利用する科学者たちがその発展に貢献してくれています。」
1990年代の設立以来、APSは生物学研究における「高分子結晶学」分野のリーダーとして活躍してきました。科学者たちはこの技術を用いて感染症やウイルスに関する知見を深め、ワクチンや治療法の開発基盤を築いています。APSは現在、その成功を生命科学や環境科学の他の分野にも広げることを目指しています。
この拡張における問題点の一つは、多くの生物学者や環境科学者が、APSが研究の進展に役立つ能力を認識しておらず、対象物から高輝度X線を生成するプロセスにも不慣れであることだ。同様に、多くの科学者は、ビームラインと呼ばれる多数のAPS実験ステーションのうち、どれが自分の実験に最適なのかを知らない。なぜなら、各ステーションは特定の科学技術に最適化されているからである。
ミハルスカ氏は、ここでeBERlightが重要な役割を果たすと述べた。彼女はeBERlightを、科学者と適切なAPSパス上の適切な技術を結びつけるために設計された仮想エコシステムだと説明した。研究者はeBERlightのスタッフに提案書を提出し、スタッフは実験計画を提案された研究を実施するための適切なチャネルに合わせる手助けをする。彼女は、APSの多様な能力により、eBERlightは生物学と環境科学の複数の分野に影響を与える可能性があると述べた。
「私たちはBERの研究者たちが何を研究しているのか、そして私たちがどのようにその研究を補完できるのかを検討しています」と彼女は述べた。 「その中には、APS などの同期加速器を使用していない研究者もいます。 「その中には、APS などの同期加速器を使用していない研究者もいます。「これらの研究者の中には、APSのようなシンクロトロンを使ったことがない人もいます。」彼らは、APSで利用できるツールや、他の場所では不可能などのような科学的疑問に取り組むことができるのかを学びます。」
「これは、これまでAPSには存在しなかった新しいものを構築する機会です。私たちは生物学および環境研究の範囲を拡大しており、これは新しい研究であるため、この施設を利用する科学者たちがプロジェクトの開発を支援してくれています。」— キャロライン・ミハルスカ、アルゴンヌ国立研究所
eBERlightが推進する具体的な科学分野について、ミハルスカ氏は、土壌研究から植物栽培、雲の形成、バイオ燃料まで、あらゆる分野が含まれると述べた。米国物理学会（APS）X線科学部門の副部長であるステファン・フォークト氏は、気候変動の状況をよりよく理解するためには水循環が不可欠であると指摘し、この分野をリストに加えた。
「我々は気候科学に関連する問題を研究しており、今後も研究を続ける必要がある」とフォークト氏は述べた。 「私たちは、空気の変化が環境に及ぼす深刻な影響をどのように認識する必要がある。」 「私たちは、空気の変化が環境に及ぼす深刻な影響をどのように認識する必要がある。」「気候変動がもたらす深刻な生態系への影響にどう対処すべきかを理解する必要がある。」
eBERlightは10月に正式に開始されましたが、APSは包括的な施設改修の一環として1年間休止します。この期間中、チームは生物学的および環境的サンプリングシステムの研究開発、データベースの構築、プログラムの普及活動に取り組みます。
APSが2024年に再び稼働を開始すると、その機能は大幅に拡張されます。eBERlightチームは、幅広い技術分野を代表する13のAPSチャネルと長期契約を締結します。eBERlightを通じて研究を行う科学者は、DOE科学局のスーパーコンピュータや研究所のスーパーコンピュータが設置されているアルゴンヌ・コンピューティング施設や、タンパク質の結晶化と分析準備が行われる先端タンパク質特性評価センターなど、アルゴンヌ国立研究所のリソースも利用できるようになります。
プログラムが発展するにつれて、太平洋岸北西部国立研究所の環境分子科学研究所やローレンス・バークレー国立研究所の共同ゲノム研究所など、米国エネルギー省科学局の他のユーザー施設との連携を活用していく予定だ。
「子どもを育てるには村全体が必要だが、科学的な問題を解決するにはさらに大きな村が必要だ」と、eBERlightチームの一員であるアルゴンヌ国立研究所の物理学者、ゾウ・フィンフロックは語った。 「私は、eBERlight の多面性を歓迎します。なぜなら、eBERlight は、生物、地球、環境システムにわたる科学探索を促進する、統合されたプラットフォームの構築に貢献するからです。 「私は、eBERlight の多面性を歓迎します。なぜなら、eBERlight は、生物、地球、環境システムにわたる科学探索を促進する、統合されたプラットフォームの構築に貢献するからです。「eBERlightの多面的な性質が大好きです。生物、陸上、生態系に関する科学研究を推進する統合プラットフォームの構築を目指しているからです。」単純に聞こえるかもしれないが、その規模と潜在的な影響は計り知れない。
アルゴンヌ国立研究所の上級物理学者でグループリーダーのケン・ケムナー氏によると、eBERlightの構想は何年も前から温められてきたものだという。ケムナー氏はアルゴンヌ国立研究所の設立から27年間、同研究所に勤務し、その多くを環境研究者と研究所のリソースを結びつけることに費やしてきた。そして今、eBERlightはこの活動をより大規模に継続していくとケムナー氏は語る。温室効果ガス、湿地生態系、植物や微生物と土壌・堆積物の相互作用に関する研究を通して、どのような新たな発見がもたらされるのか、期待を寄せている。
ケムナー氏によれば、eBERlightの成功の鍵は、シンクロトロン科学者だけでなく、生物学者や環境科学者の育成にあるという。
「放射線科医には、環境科学の問題をより深く理解し、環境研究の問題をより良く解決するために技術を応用できるよう訓練する必要がある」と彼は述べた。 「これらの問題を解決するために、環境科学界が光源の設計を理解することも必要である。」 「これらの問題を解決するために、環境科学界が光源の設計を理解することも必要である。」「また、環境科学者たちに、光源がこれらの問題を解決する上でいかに効果的であるかを教育する必要もあります。」これは、彼らを惹きつけるための障壁を減らすために行われる。
光子科学研究所の副所長であり、APSの所長でもあるローラン・シャポン氏は、この新しい計画はAPSとその機能へのアクセスを民主化することを意味すると述べた。
「この計画は、APSが国家にとって重要な資源であり、差し迫った問題、この場合は環境問題や生物学的問題の解決に役立つプログラムを開発できる能力を持っているという重要なメッセージを送るものです」とチャポン氏は述べた。 「eBERlight は、世界に影響を及ぼす自然科学を解決するためのエンドツーエンドの解決策を提供します。」 「eBERlight は、世界に影響を及ぼす自然科学を解決するためのエンドツーエンドの解決策を提供します。」「eBERlightは、実用的な意義を持つ生命科学上の問題を解決しようとする科学者にとって、包括的なソリューションを提供するでしょう。」
「科学者たちがどんな大きな課題に直面しようとも、APSが彼らを支援できることを願っています」と彼女は述べた。 「これらの困難は私たちの一人ひとりに影響を与えます。」 「これらの困難は私たちの一人ひとりに影響を与えます。」「これらの問題は私たち全員に影響を与える。」
アルゴンヌ国立研究所リーダーシップ・コンピューティング施設（ALCF）は、科学技術分野のコミュニティに対し、幅広い分野における基礎的な発見と理解を促進するためのスーパーコンピューティング機能を提供しています。米国エネルギー省（DOE）の先端科学計算研究（ASCR）プログラムの支援を受けているALCFは、オープンサイエンスに特化したDOEの主要なコンピューティングセンター2つのうちの1つです。
米国エネルギー省科学局のアルゴンヌ国立研究所にある先端光子源（APS）は、世界で最も生産性の高いX線源の一つです。APSは、材料科学、化学、凝縮系物理学、生命科学、環境科学、応用研究など、多様な分野の研究者に高輝度X線を提供しています。これらのX線は、材料や生物構造、元素分布、化学的、磁気的、電子的状態、さらにはバッテリーから噴射ノズルに至るまで、我が国の経済、技術、そして物質的幸福の基盤となる、技術的に重要な様々な工学システムの研究に最適です。毎年、5,000人以上の研究者がAPSを利用して2,000件以上の論文を発表し、重要な発見を詳細に報告し、他のどのX線研究施設の利用者よりも多くの重要な生物学的タンパク質構造を解明しています。APSの科学者とエンジニアによる革新的な技術は、加速器や光源の開発の基盤となっています。これらには、研究者が重宝する極めて高輝度のX線を生成する入力装置、X線を数ナノメートルまで集束させるレンズ、X線と研究対象試料との相互作用を最大化する装置、X線ソフトウェアを収集・組み立てる装置などが含まれます。APS研究から得られる大量のデータを管理します。
本研究では、米国エネルギー省科学局のユーザー施設であり、同局のアルゴンヌ国立研究所が契約番号DE-AC02-06CH11357に基づいて管理するアドバンスト・フォトン・ソースのリソースを使用しました。
アルゴンヌ国立研究所は、喫緊の国家科学技術問題の解決に尽力しています。米国初の国立研究所であるアルゴンヌ国立研究所は、ほぼすべての科学分野において最先端の基礎および応用科学研究を実施しています。アルゴンヌ国立研究所の研究者は、数百もの企業、大学、連邦政府、州政府、地方自治体の研究者と緊密に連携し、具体的な問題解決、米国の科学的リーダーシップの推進、そして国家のより良い未来の構築に貢献しています。アルゴンヌには60以上の国籍の従業員がおり、米国エネルギー省科学局傘下のアルゴンヌLLC（シカゴ）によって運営されています。
米国エネルギー省科学局は、米国における物理科学研究への最大の資金提供機関であり、現代社会が直面する最も喫緊の課題の解決に取り組んでいます。詳細については、https://energygy.gov/science をご覧ください。
投稿日時：2023年11月6日