ノースカロライナ州は世界の農業産業の管理において重要な役割を果たしています
発行日:ローリー – リンはすべての生物にとって不可欠であり、DNA と細胞のエネルギー通貨の構成要素の 1 つです。
食糧供給はリン肥料に依存していますが、その使用は非効率的で持続不可能です。再生不可能なリン鉱床が採掘されており、食品システムで使用されるリンのうち人間の食事に入るのは 20% だけです。
リンの大部分は土壌や淡水に浸透し、動物を殺し、藻類を発生させ、沿岸の死角を拡大する汚染物質となります。この重要な要素のバランスが崩れると、生命が終わる可能性があります。
の リンの持続可能性のための科学と技術 (STEPS) センターは、リンをリサイクルし、食品システムをより効率的にし、廃棄物から環境を保護する方法の発見と開発に取り組んでいます。ノースカロライナ州に本部があり、全米科学財団から授与された STEPS センターは、 2021年10月発売 4年間の準備期間を経て。すでにリンの持続可能性について世界的な理解が深まりつつあります。
「私たちはSTEPSに対してこのビジョンを持っていたので、とても魅力的で充実したものでした。そして今、私たちは実装を進めています」とセンターの副所長であり、ノースカロライナ州立大学の学部奨学生であり、植物および微生物生物学の教授でもあるロス・ソッツァーニ氏は語った。 「物事が順調に進んでいくのを見るのはとても楽しいです。」
ステップセンターを探索する
ノースカロライナ州に本部を置く STEPS センターは、リン使用に対する持続可能な解決策を研究する複数の機関で構成されています。
ノースカロライナ州が主導し、センテニアル キャンパスを拠点とする STEPS には、アパラチアン州立大学、アリゾナ州立大学、マーケット大学、ノースカロライナ A&T 州立大学、RTI インターナショナル、フロリダ大学、イリノイ大学アーバナ校の全国 8 つの追加機関が含まれています。 -シャンペーンとノースカロライナ大学グリーンズボロ校。このセンターは、新型コロナウイルス感染症のパンデミックの最中、秋学期の半ば、本拠地である植物科学棟の建設が完了する前に授与されました。
STEPSセンター所長であり、ノースカロライナ州立大学材料科学工学部の神戸製鋼特別教授であるジェイコブ・ジョーンズ氏は、「我々は、非常に困難な条件下で、全米科学財団が表彰する最も名誉あるセンターの1つを獲得した」と語った。 「しかし、センター立ち上げにおけるチームの関与と協力は私の期待を上回りました。私たちは物理的および仮想的にセンターと交流する人々を抱えています。 4 年間この作業に取り組んできましたが、とてもエキサイティングな作業になりました。」
リンの持続可能性は複雑な問題であるため、STEPS はスキルと科目の多様性に同様に依存しています。同センターの研究は、分子および材料スケールから人間とテクノロジーとの関わり方、リンの持続可能性が世界的な経済的および社会的影響に及ぼす範囲にわたる、探索的で使用にインスピレーションを得た基礎研究に焦点を当てています。
同センターの重点分野の 1 つはコンバージェンス情報学です。これには、大量の情報を取得し、多様なデータセットを融合し、機械学習アルゴリズムを使用して研究の次のステップに情報を提供することが含まれます。コンバージェンス インフォマティクスは、データ サイエンスを使用して、新しい材料、技術、戦略を評価および予測します。 STEPS では、研究者はこれらの戦略を使用して、リンの捕捉とリン化合物の分解と修飾を研究しています。このセンターは、リンの持続可能性に関する新たな知識を創造し、広めていきます。
「目標は、単一のテクノロジー ソリューションを作成して導入することではありません」とジョーンズ氏は言います。 「私たちは、リン科学コミュニティ全体が前進するのに役立つ多くの基礎的な発見と開発を生み出したいと考えています。」
センターの運営期間は 5 年間で、さらに 5 年間更新する機会があります。賞が終了した後もセンターが発見を継続できるようにするためには、外部のパートナーシップが特に重要です。
「私たちは現在、リンの持続可能性に関する新たな知識を発見しており、10年目にそれを行う予定です」とジョーンズ氏は語った。
対象と規模にまたがる研究
STEPSは25年以内に、25%までに採掘されたリン酸塩への人間の依存を減らし、土壌や水資源へのリンの点源および非点源の損失を減らすのに貢献したいと考えています。
STEPS の基盤となる 3 つのテーマは、材料スケール、人間技術スケール、地域および地球規模です。特定の分野には、化学、物理学、動物科学、生物工学、生態学、社会学、公共政策などが含まれますが、これらに限定されません。
「私たちの研究者たちは、顕微鏡の前に座って粒子を観察し、廃水処理施設に行ってサンプルを収集し、湿式化学実験室を使用して新しい材料を合成し、計算技術を使用して生体分子をシミュレートし、リンがどのように存在するかの空間マップを調査しています。」ほんの数例として、米国全土に分布しています」とソッツァーニ氏は語った。
私たちは、リン科学コミュニティ全体が前進するのに役立つ多くの基本的な発見と開発を生み出したいと考えています。
同センターの材料スケールでの最初の研究テーマは、液体と固体の両方からリンおよびリン含有種を遊離、捕捉、回収するための、新しい無機、有機、生物由来の材料を発見、開発することである。現在の研究プロジェクトの例には、非反応性リンの化学的および生物学的変換、正に荷電したイオンを使用したリンの回収、およびリン分析の進歩が含まれます。
2 番目の研究テーマは、人間の技術規模で、複雑な廃棄物の流れからリンを回収する技術の実現可能性を評価し、土壌特性を最適化し、回収されたリン酸塩の生体アクセス性を改善します。現在の研究プロジェクトには、持続可能な肥料となる新しいリン化合物の開発、植物リンの遺伝的メカニズムの調査、土壌中のレガシーリンの制御などが含まれます。
3番目の研究テーマは、地域および地球規模であり、システムレベルのアプローチを使用して、人間の介入、政策介入、技術の採用が、さまざまな社会経済的、政策的、および環境変化の代替シナリオの下で、さまざまなスケールでリンの持続可能性にどのような影響を与える可能性があるかを評価することです。現在の研究プロジェクトの中には、国のリン予算と地図の作成、リンの流れをシミュレーションするためのベースラインデータとツールの確立、リンの持続可能性研究における関係者の認識とニーズの評価などが含まれています。
思考と行動の多様性
このような複雑な問題の解決策を発見するには、さまざまな分野や背景を持つ研究者間の協力が必要です。コンバージェンス情報学と 3 つの研究テーマは、学際的な研究に対するセンターの取り組みを強調しています。その本拠地である植物科学棟でも、学際的な文化が育まれています。
「植物科学棟のおかげで、多くの教員、学生、ポスドクを中心部に集めることができ、非常に大規模で複雑なプロジェクトに交差するスペースを提供できます」とジョーンズ氏は語った。そして、他の学際的なプロジェクトと同じ場所にいることは有益です。 「建物内の誰もが私たちの経験から学ぶことができます。同様に、私たちは建物内の他のプロジェクトから学ぶことができます。」
「複数の分野を結びつけることは、ノースカロライナ州の研究事業にとって極めて重要な部分です」と、研究運営・コミュニケーション担当副学長兼研究イノベーション局首席補佐官のジュヌヴィエーブ・ガーランド氏は述べた。ガーランド氏は、同事務所の学際的研究ユニットを率いています。 「当社の研究者は、さまざまなスキルと専門知識を結集して、真にダイナミックな方法で問題を解決します。ノースカロライナ州立大学は、学際的な取り組みを促進することで、複雑な地球規模の問題に対する総合的かつ包括的なソリューションを生み出しています。」
研究プロジェクトや主題を超えて、STEPS には多様性という野心的な目標があります。その参加拡大の目標は、過小評価されているグループの参加者を 50% 以上にすることです。文化、視点、経験の多様性が、独創的で革新的な研究につながります。この目標を達成するには、大学院生の採用、サービスが十分に受けられていないコミュニティへの支援、STEPS センターとノースカロライナ州の多様性に関するビジョンの調整という点で、ノースカロライナ州が提供できるすべてを活用する必要があります。
「大学は多様性と学際性を心から信じており、これはSTEPSとノースカロライナ州立大学との素晴らしいパートナーシップです」とジョーンズ氏は語った。 「私たちは、多様な経験や視点を持ち込むことがイノベーションを促進することを知っているので、参加者を拡大するという目標を掲げています。」
STEPSは少なくともあと4年間、多様性を推進し、収束研究を適用し、リンの持続可能性を推進し続けます。そうすることで、センターは学生が複雑で学際的な問題に取り組み、すべての人にとってより安全で健康的な環境を作り出すための基礎知識を発見できるように準備します。
元の記事の出典: ワラル