Sikertörténetek
3D Projected area of microalgae simulaition based

Bemutatkozás

A HUN-REN Ökológiai Kutatóközpont Algológiai Kutatócsoportja a vízi mikroalgák morfológiai és optikai tulajdonságainak ökológiai szerepét vizsgálja. Kutatásaik célja, hogy jobban megértsék a fitoplankton közösségek működését, különösen azok fényhasznosítását és térbeli eloszlását befolyásoló tényezőket. A csoport számos nemzetközi folyóiratban publikált, és kiemelkedő szerepet vállal az innovatív módszertani fejlesztésekben, például a 3D modellezésen alapuló vetületi terület számítás és a kvantitatív morfometriai elemzések területén.

A kutatás kapcsán megjelent publikáció elérhető a ScienceDirect oldalán.

A projekt bemutatása

A Projected area calculation for microalgae using three-dimensional models című projekt célja annak meghatározása volt, hogy miként befolyásolja a mikroalgák formája és felépítése azok fényelnyelési képességét, és ez milyen hatással van a víztestek fényklímájára. A projekt alapját egy olyan új numerikus megközelítés képezte, amely lehetővé teszi az algasejtek ún. vetületi területének (Ā) kiszámítását még bonyolult, konkáv alakzatok esetén is.

A kutatócsoport több mint 800 mikroalga faj 3D modelljét készítette el Blender szoftverrel, majd szimulációk segítségével meghatározták az egyes formák vetületi területét. A számítások alapján olyan új morfológiai állandót vezettek be (CĀ), amely méretfüggetlenül jellemzi az adott faj vetületi területét. Ezáltal lehetőség nyílik arra, hogy a fajok egyedszámával súlyozva meghatározzuk egy teljes fitoplankton-közösség árnyékolási potenciálját (Fsh).

A kutatás során bebizonyosodott, hogy az eddig használt egyszerű geometriai megközelítések jelentősen alábecsülik a vetületi területet, különösen a nyújtott vagy laza kolóniákat képző fajok esetén. Ezzel szemben a 3D modellezés és numerikus vetítés közel 5%-os hibahatárral képes pontos értéket adni. Az eredmények szerint a morfológiai különbségek akár hatszoros eltérést is okozhatnak a vetületi területben azonos sejttérfogat mellett – ez különösen fontos tényező a vízoszlop fényklímájának meghatározásában.

Technológiai áttörés: HUN-REN Cloud szerepe

A projekt egyik kulcseleme a HUN-REN Cloud számítási kapacitásának alkalmazása volt. A nagy számításigényű 3D-szimulációk és a több ezer fajra vonatkozó vetületi terület kalkulációja távoli hozzáféréssel valósult meg. A kutatók R és Python környezetben futtatták az algoritmusokat, amelyek normál munkaállomásokon több hétig tartottak volna, a felhőben azonban néhány órán belül lefutottak. Az eredmények alapján online kalkulátor is készült:
👉 https://shiny.freshwater-ecology.com/Projected_Area/
👉 GitHub: https://github.com/varbirog/Projected_Area_Phytoplankton

Következtetések és hatás

A kutatás új módszertani alapot teremtett a fitoplankton közösségek fényelnyelési tulajdonságainak számszerűsítésére. A vetületi terület alapú árnyékolási faktor (Fsh) segítségével pontosabban értelmezhetők a fitoplankton túlszaporodás fényklíma-módosító hatásai, és előre jelezhetők a vízoszlop vertikális ökológiai folyamatai. Az eredmények lehetővé teszik a múltbeli adatállományok újraértelmezését, valamint a jövőbeni modellek és vízminőségi előrejelzések pontosítását.

3d grafikák egy fitoplanktonról a Blender programban.