研究人员开发生物多样性数字双胞胎来模拟我们星球的生命

生物多样性对于支持地球上所有生命的过程至关重要。它提供食物和能源等关键资源，并支持生态系统健康。然而，气候变化、森林砍伐和污染正在破坏栖息地，改变生态系统，并消除或引入对地球生物圈至关重要的物种。

为了应对环境变化和人类活动对生物多样性造成的挑战，由 EuroHPC LUMI 超级计算机所在地 CSC（IT 科学中心）领导的一个由 22 个合作伙伴组成的联盟正在开发生物多样性数字孪生 (BioDT)，这是欧盟委员会的一项成果。倡议。

BioDT 项目旨在通过集成先进的建模、模拟和预测功能，彻底改变我们对生物多样性动态的理解。通过结合和改进数字可用数据和模型，BioDT 提供了可持续生物多样性管理和生态系统保护的方法。 BioDT 结合了生物多样性、生态建模、FAIR 数据、和人工智能。

BioDT 旨在通过迭代开发和针对独立数据的验证来提高生物多样性模型的准确性和预测性能。这种方法对于开发决策支持工具和政策制定至关重要。

通过不断更新数据，BioDT 将通过交互式地图和摘要提供生物多样性模式和过程的实时预测。该联盟利用主要研究基础设施（GBIF、eLTER、DiSSCo 和 LifeWatch ERIC）的现有技术和数据来实现这一目标。

该项目的影响延伸到解决关键问题，包括环境变化对物种和生态系统的影响、粮食安全以及欧盟和国际政策的实施。该项目为联合国可持续发展目标 2（零饥饿）、3（良好健康和福祉）、13（气候行动）和 15（陆地生命）做出贡献。

BioDT 开发用于生物多样性保护的原型数字孪生

为了测试其建模系统，BioDT 正在开发 10 个原型数字孪生 (pDT)，重点关注高度保护和政策关注的物种和生态系统，例如、传粉者和草原。

pDT 分为四个主要组：

• 物种对环境变化的响应：重点关注物种与生态系统之间的相互作用。通过结合时间动态而不是纯粹的时空替换，BioDT 提高了时间预测和准确性。在单一建模框架中使用广泛的地理数据与高分辨率时间序列数据相结合来量化不同的不确定性来源。
• 基因检测生物多样性：通过将基于 DNA 数据的基因组方法与传统生物多样性数据相结合，解决粮食安全和挑战性环境问题。这对双胞胎专注于作物野生近缘种和其他用于农业和粮食安全的遗传资源，以及鲜为人知的栖息地中 DNA 检测的生物多样性。
• 政策关注物种动态：将建模和高性能计算应用于欧盟和国家层面认可的入侵和外来物种。这两者涉及使用当前物种发生数据，并解决关键的环境条件和对本地类群和生态系统的入侵影响。
• 物种相互作用的影响：利用媒介物种预测疾病爆发并探索昆虫传粉者的模式和过程。交互双胞胎的工作涉及进一步开发数据交换模型，并通过收集标本的数字化建立时间历史参考点。

pDT 旨在提供必要的数据集、最佳实践、专业知识和经验教训，供研究人员和研究基础设施在实施用例时使用，同时提供。

pDT 测试模型的预测性能和数据可用性场景，并通过场景模拟、预测和生物监测方法应用它们来应对生物多样性挑战。这种迭代方法旨在整合和比较各种建模方法的预测性能，刺激下一代原型的开发。

构建生物多样性数字孪生：BioDT 科学论文集

为了进一步推进生物多样性数字孪生的开发和可靠性，BioDT 团队制作了 10 个,编译的在开放科学学术期刊的“构建生物多样性数字孪生”问题上研究思路和成果(里欧）。

“该系列提供了对开发所取得的概念和技术进步的深入了解广泛的生物多样性主题。通过 BioDT 项目，我们使广大受众能够以交互方式理解和预测空间和时间上的变化。”CSC BioDT 项目科学协调员 Gabriela Zuquim 说道

该集合作为 BioDT 计划项目成果的集中访问点。事实上，出版非常规且非传统出版的研究成果是开放科学 RIO 期刊的独特特征之一。另一个特点是个别出版物可以与它们所贡献的可持续发展目标联系起来，从而进一步强调它们的重要性。

就 BioDT 而言，RIO 使项目团队能够以同行评审的科学文章的形式说明生物多样性数字孪生原型的过程，从而确保其可发现性、可信性、可引用性、可重用性和长期公开可用性。

通过选择这种透明的方法来分享他们经受住了严格的正式科学审查的科学工作，BioDT 项目确保未来的科学家能够更好、更有效地利用该联盟的研究人员开发的模型、数据和尖端技术。技术。

例如，一份出版物描述了 HONEYBEE 原型数字孪生。在对土地利用和蜂巢重量数据进行持续校准后，该原型将能够预测蜜蜂种群动态、螨虫侵扰和蜂蜜产量。该模型是在先前开发的模型的基础上开发的，旨在模拟单个蜂群的觅食。

通过使用原型数字孪生，用户可以在从本地站点到整个地区甚至国家级别的各种时间和地理范围内交互式地应用该模型。因此，无论景观和管理策略的特殊性如何，它都可以成为评估德国各地蜂群生存能力和生产力的重要工具。

我们的愿景是，评估甚至可以考虑不同的因素场景。该出版物还为原型的潜在用户提供了指南。

由 Jürgen Groeneveld 博士（德国亥姆霍兹环境研究中心 - UFZ，德国）领导的论文作者提醒说，尽管蜜蜂“是受管理的物种，但它们受到气候变化、新出现的寄生虫和疾病、现代农业用地的严重影响”。使用和可能不适当的养蜂做法”，同时引用了有关欧洲和美国趋势的令人担忧的数据。

同样，该馆藏中已有的其他出版物也解决了对全球范围产生影响的同样重要和紧迫的问题，包括疾病爆发、作物管理、入侵物种、鸟类和植被动态。

GBIF 科学官员兼该论文集的协调编辑德米特里·席格尔 (Dmitry Schigel) 表示：“构建生物多样性数字孪生项目论文集非常适合我们的需求。” “项目团队同意捕获项目的迭代，并在项目两年后展示我们的三分之二阶段原型，还有一个阶段要开发。

Pensoft 的创新平台里欧期刊让我们能够在不太正式但仍经过同行评审的环境中描述我们的进展。感谢作者团队、审稿人和共同编辑的高效工作，这期特刊很快就完成了，现在使我们的原型数字孪生团队能够吸引和处理更广泛受众的反馈。”