Микробы — это одноклеточные организмы, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Тем не менее, хотя они относительно незаметны, они являются доминирующей формой жизни на нашей планете.

Фото: University of Chicago

«Микробы формируют то, как все в этом мире выживает», — сказал Джек Гилберт, директор факультета Центра микробиом Чикагского университета и руководитель группы по микробной экологии в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США. «Если вы их не понимаете, вы ничего не поймете».

При финансовой поддержке Национального научного фонда и при поддержке Чикагского университета 22 ведущих исследователя в области почвоведения, микробиологии, вычислительной биологии, сенсоров и нанотехнологий недавно собрались на двухдневный семинар в августе, чтобы создать дорожную карту для измерения микробная активность в почве.

Почему сосредоточиться на почве? Почва поддерживает экосистемы, которые имеют решающее значение для жизни, и обеспечивает среду обитания для миллиардов организмов.

«Вся наша пища и вода зависят от почвы», — объяснила Тихана Радж, выдающийся сотрудник Аргоннэ и заместитель директора Центра наноразмерных материалов в Аргонне. «С изменениями климата, как это повлияет на пищу и воду? Что выходит из почвы? Как меняется почва? Эти вопросы имеют глобальные последствия».

Семинар был частью более широкой инициативы, которая началась со встречи в кампусе в прошлом году, чтобы определить общие проблемы в области почвенных и растительных наук и подземного зондирования. В частности, ученые хотели узнать, как революционные достижения в области датчиков, сенсорных сетей и связанных с ними технологий могут быть использованы для улучшения понимания почвы.

По словам Супратика Гухи, директора Центра наноразмерных материалов и профессора молекулярной инженерии в Чикагском университете, ключом к разработке лучших моделей почв является получение более качественных данных. «В сенсорных сетях произошел взрыв, и наука может извлечь из этого выгоду», — сказал он.

На семинаре был достигнут широкий консенсус относительно необходимости контекста при проведении измерений. В научных терминах контекст относится к необходимости производить более точные измерения микробных процессов в почве, чтобы улучшить понимание того, как микробные взаимодействия определяются физическими, химическими и биологическими свойствами почвы.

Участники семинара также обсудили необходимость проведения исследований микробных сообществ в различных масштабах, которые включают в себя пространственные, временные и молекулярные. Создание данных в разных масштабах потребует новых моделей, которые математически объединяют разные данные на вложенных уровнях, связывая все от биохимии клетки до ее влияния на глобальные процессы.

Наконец, группа рассмотрела следующий этап необходимых технологических улучшений. Благодаря технологическим достижениям, уже позволившим создать новый класс датчиков, специально предназначенных для подземных условий, теперь необходима интегрированная неинвазивная система, которая бесперебойно управляет данными от пробоподготовки до обнаружения, моделирования и анализа данных — и которая настраивается в режиме реального времени. ,

Гилберт, профессор кафедры экологии и эволюции, сказал, что область все еще находится в начальной стадии, и семинар поможет указать путь вперед. «Мы разработаем отчет с широким пониманием того, что нужно измерять и какие технологии необходимы для этого», — сказал он. «Тогда придет стратегия развертывания датчиков и измерения почвы по всему миру».

Среди других новых инициатив, финансируемых NSF, в том числе 20 связанных с ними национальных исследовательских проектов, команда Отдела нанонауки и технологий Аргонны в сотрудничестве с экологами развернет сеть датчиков в Fermilab в следующем году для полевых испытаний.

То, что Аргонн и Чикагский университет так глубоко вовлечены в эти усилия, прекрасно понимает Радж.

«Мы применяем междисциплинарный подход, имеем экспертов в этой области и имеем опыт совместной работы над многомерным анализом проблем и синтезом решений», — сказала она. «Задачи, которые встают в будущем, — это еда и вода. И мы должны подготовить решения для этого».

По материалам phys.org