研究人員開發生物多樣性數位雙胞胎來模擬我們星球的生命

生物多樣性對於支持地球上所有生命的過程至關重要。它提供食物和能源等關鍵資源，並支持生態系統健康。然而，氣候變遷、森林砍伐和污染正在破壞棲息地，改變生態系統，並消除或引入對地球生物圈至關重要的物種。

為了應對環境變化和人類活動對生物多樣性造成的挑戰，由EuroHPC LUMI 超級電腦所在地CSC（IT 科學中心）領導的一個由22 個合作夥伴組成的聯盟正在開發生物多樣性數位孿生(BioDT)，這是歐盟委員會的一項成果。

BioDT 計畫旨在透過整合先進的建模、模擬和預測功能，​​徹底改變我們對生物多樣性動態的理解。透過結合和改進數位可用數據和模型，BioDT 提供了可持續生物多樣性管理和生態系統保護的方法。 BioDT 結合了生物多樣性、生態建模、FAIR 資料、和人工智慧。

BioDT 旨在透過迭代開發和針對獨立數據的驗證來提高生物多樣性模型的準確性和預測性能。這種方法對於開發決策支援工具和政策制定至關重要。

透過不斷更新數據，BioDT 將透過互動式地圖和摘要提供生物多樣性模式和流程的即時預測。該聯盟利用主要研究基礎設施（GBIF、eLTER、DiSSCo 和 LifeWatch ERIC）的現有技術和數據來實現這一目標。

該計畫的影響延伸到解決關鍵問題，包括環境變遷對物種和生態系統的影響、糧食安全以及歐盟和國際政策的實施。本計畫為聯合國永續發展目標 2（零飢餓）、3（良好健康和福祉）、13（氣候行動）和 15（陸地生命）做出貢獻。

BioDT 開發用於生物多樣性保護的原型數位孿生

為了測試其建模系統，BioDT 正在開發 10 個原型數位孿生 (pDT)，重點關注高度保護和政策關注的物種和生態系統，例如、傳粉者和草原。

pDT 分為四個主要組：

• 物種對環境變化的反應：重點關注物種與生態系統之間的相互作用。透過結合時間動態而不是純粹的時空替換，BioDT 提高了時間預測和準確性。在單一建模框架中使用廣泛的地理數據與高分辨率時間序列數據相結合來量化不同的不確定性來源。
• 基因檢測生物多樣性：透過將基於 DNA 數據的基因組方法與傳統生物多樣性數據相結合，解決糧食安全和挑戰性環境問題。這對雙胞胎專注於作物野生近緣種和其他用於農業和糧食安全的遺傳資源，以及鮮為人知的棲息地中 DNA 檢測的生物多樣性。
• 政策關注物種動態：將建模和高效能運算應用於歐盟和國家層級認可的入侵和外來物種。這兩者涉及使用當前物種發生數據，並解決關鍵的環境條件和對本地類群和生態系統的入侵影響。
• 物種互動的影響：利用媒介物種預測疾病爆發並探索昆蟲傳粉者的模式和過程。交互雙胞胎的工作涉及進一步開發資料交換模型，並透過收集標本的數位化建立時間歷史參考點。

pDT 旨在提供必要的資料集、最佳實踐、專業知識和經驗教訓，供研究人員和研究基礎設施在實施用例時使用，同時提供。

pDT 測試模型的預測性能和數據可用性場景，並透過場景模擬、預測和生物監測方法應用它們來應對生物多樣性挑戰。這種迭代方法旨在整合和比較各種建模方法的預測性能，刺激下一代原型的開發。

建構生物多樣性數位孿生：BioDT 科學論文集

為了進一步推進生物多樣性數位孿生的開發和可靠性，BioDT 團隊製作了 10 個,編譯的在開放科學學術期刊的「建構生物多樣性數位孿生」議題上研究思路和成果(裡歐）。

「該系列提供了對開發所取得的概念和技術進步的深入了解廣泛的生物多樣性主題。透過 BioDT 項目，我們使廣大受眾能夠以互動方式理解和預測空間和時間上的變化。

此集合作為 BioDT 計畫專案成果的集中訪問點。事實上，出版非常規且非傳統出版的研究成果是開放科學 RIO 期刊的獨特特徵之一。另一個特點是個別出版物可以與它們所貢獻的永續發展目標連結起來，從而進一步強調它們的重要性。

就 BioDT 而言，RIO 使專案團隊能夠以同行評審的科學文章的形式說明生物多樣性數位孿生原型的過程，從而確保其可發現性、可信性、可引用性、可重用性和長期公開可用性。

透過選擇這種透明的方法來分享他們經受住了嚴格的正式科學審查的科學工作，BioDT 計畫確保未來的科學家能夠更好、更有效地利用該聯盟的研究人員開發的模型、數據和尖端技術。技術。

例如，一份出版物描述了 HONEYBEE 原型數位孿生。在對土地利用和蜂巢重量數據進行持續校準後，原型將能夠預測蜜蜂族群動態、蟎蟲侵擾和蜂蜜產量。該模型是在先前開發的模型的基礎上開發的，旨在模擬單個蜂群的覓食。

透過使用原型數位孿生，使用者可以在從本地站點到整個地區甚至國家級別的各種時間和地理範圍內互動地應用該模型。因此，無論景觀和管理策略的特殊性如何，它都可以成為評估德國各地蜂群生存能力和生產力的重要工具。

我們的願景是，評估甚至可以考慮不同的因素場景。該出版物還為原型的潛在用戶提供了指南。

由Jürgen Groeneveld 博士（德國亥姆霍茲環境研究中心- UFZ，德國）領導的論文作者提醒說，儘管蜜蜂「是受管理的物種，但它們受到氣候變遷、新出現的寄生蟲和疾病、現代農業用地的嚴重影響」。使用和可能不適當的養蜂做法”，同時引用了有關歐洲和美國趨勢的令人擔憂的數據。

同樣，該館藏中已有的其他出版物也解決了對全球範圍產生影響的同樣重要和緊迫的問題，包括疾病爆發、作物管理、入侵物種、鳥類和植被動態。

GBIF 科學官員兼該論文集的協調編輯德米特里·席格爾 (Dmitry Schigel) 表示：“構建生物多樣性數字孿生項目論文集非常適合我們的需求。” 「專案團隊同意捕捉專案的迭代，並在專案兩年後展示我們的三分之二階段原型，還有一個階段要開發。

Pensoft 的創新平台裡歐期刊讓我們能夠在不太正式但仍經過同行評審的環境中描述我們的進展。感謝作者團隊、審稿人和共同編輯的高效工作，這期特刊很快就完成了，現在使我們的原型數位孿生團隊能夠吸引和處理更廣泛受眾的反饋。