Разработаны Цифровые Двойники Биоразнообразия для моделирования жизни на планете
Консорциум из 22 партнеров под руководством CSC — ИТ-центра науки (Финляндия), где расположен суперкомпьютер EuroHPC LUMI, разрабатывает Цифровые Двойники Биоразнообразия (BioDT). Проект инициирован Европейской комиссией для решения проблем, вызванных изменением окружающей среды и деятельностью человека.
Цель BioDT — революционизировать понимание динамики биоразнообразия за счет интеграции передового моделирования, симуляции и прогнозирования. Проект объединяет экспертизу в области биоразнообразия, экологического моделирования, FAIR-данных, высокопроизводительных вычислений и искусственного интеллекта.
Ключевые возможности системы:
- Повышение точности и прогностической эффективности моделей биоразнообразия за счет итеративной разработки и валидации.
- Предоставление прогнозов в реальном времени через интерактивные карты и сводки.
- Использование данных крупных исследовательских инфраструктур: GBIF, eLTER, DiSSCo и LifeWatch ERIC.
Проект направлен на решение критических вопросов: влияние экологических изменений на виды и экосистемы, продовольственная безопасность, реализация политик ЕС и международных соглашений. Он вносит вклад в Цели устойчивого развития ООН 2 (Ликвидация голода), 3 (Хорошее здоровье), 13 (Борьба с изменением климата) и 15 (Сохранение экосистем суши).
Прототипы цифровых двойников для тестирования системы
Для тестирования моделирующей системы BioDT разрабатывает 10 прототипов цифровых двойников (pDT), сфокусированных на видах и экосистемах, важных для сохранения и политики.
Прототипы разделены на четыре группы:
- Реакция видов на изменение окружающей среды: Улучшение временных прогнозов за счет учета динамики, а не простых пространственно-временных подстановок.
- Генетически детектируемое биоразнообразие: Интеграция геномных методов на основе данных ДНК с традиционными данными о биоразнообразии для решения проблем продовольственной безопасности.
- Динамика видов, имеющих значение для политики: Моделирование инвазивных и чужеродных видов с использованием высокопроизводительных вычислений.
- Влияние взаимодействий между видами: Прогнозирование вспышек заболеваний через виды-переносчики и изучение насекомых-опылителей.
pDT тестируют прогностическую эффективность моделей и применяют их для решения задач через сценарное моделирование, прогнозы и методы биомониторинга.
Научная публикация результатов в открытом доступе
Для развития и обеспечения надежности цифровых двойников команда BioDT подготовила 10 научных статей, собранных в специальном выпуске «Building Biodiversity Digital Twins» открытого научного журнала Research Ideas and Outcomes (RIO).
«Коллекция предлагает глубокое понимание концептуальных и технических достижений в разработке цифровых двойников для широкого круга тем биоразнообразия. Через проект BioDT мы позволяем широкой аудитории интерактивно понимать и предсказывать изменения биоразнообразия в пространстве и времени», — говорит Габриэла Зуким, научный координатор проекта BioDT в CSC.
Публикация в RIO позволяет проектной команде описать процесс создания прототипов в формате рецензируемой научной статьи, обеспечивая их обнаруживаемость, достоверность, цитируемость и долгосрочную доступность.
Пример: прототип цифрового двойника медоносной пчелы (HONEYBEE)
Одна из публикаций описывает этот прототип, который после калибровки данными о землепользовании и весе ульев позволит прогнозировать:
Модель можно применять в интерактивном режиме в различных временных и географических масштабах — от локальных участков до уровня целых регионов или стран. Это может стать важным инструментом для оценки жизнеспособности и продуктивности пчелиных колоний в Германии. В будущем оценку можно будет проводить с учетом различных сценариев изменения климата.
Авторы статьи под руководством доктора Юргена Греневельда (Центр им. Гельмгольца по исследованию окружающей среды — UFZ, Германия) отмечают, что, несмотря на статус домашнего вида, медоносные пчелы серьезно страдают от изменения климата, новых паразитов и болезней, современного сельскохозяйственного землепользования и, возможно, неподходящих методов пчеловодства.
Другие публикации в коллекции затрагивают не менее важные глобальные проблемы: вспышки заболеваний, управление сельскохозяйственными культурами, инвазивные виды, динамику птиц и растительности.
«Коллекция статей о создании цифровых двойников биоразнообразия идеально соответствовала нашим потребностям, — сказал Дмитрий Шигель, научный сотрудник GBIF и соредактор коллекции. — Инновационная платформа журнала RIO позволяет нам описывать наш прогресс в менее формальной, но все же рецензируемой обстановке».