Digitaaliset kaksoset mullistavat luonnon monimuotoisuuden tutkimusta
Luonnon monimuotoisuus on elämän perusta maapallolla. Sen suojelemiseksi tarvitsemme innovatiivisia työkaluja, jotka tukevat tietoon perustuvaa päätöksentekoa. CSC:n koordinoima BioDT-projekti toi digitaaliset kaksoset biodiversiteettitutkimukseen ja auttaa Eurooppaa vastaamaan nopeammin biodiversiteetin ja ilmaston globaaleihin haasteisiin.
Biodiversiteetti tukee ruokaturvaa, lääketiedettä, kulttuurisia arvoja ja ekosysteemien kestävyyttä globaalien muutosten keskellä. Silti biodiversiteetti on yhä kovemman paineen alla ilmastonmuutoksen, maankäytön muutosten ja muiden ihmisen aiheuttamien vaikutusten vuoksi. Sen suojelemiseksi tarvitsemme parempaa dataa, kehittyneitä mallinnusmenetelmiä ja innovatiivisia työkaluja, jotka tukevat tutkittuun tietoon perustuvaa päätöksentekoa.
Perinteisesti biodiversiteettitutkimus on tukeutunut melko vaatimattomiin laskentaresursseihin. Kun datamäärät ja ennakoivan mallinnuksen tarve kasvavat, myös suurteholaskennan ja kehittyneiden simulointimenetelmien merkitys kasvaa. Tämä on myös lisännyt tarvetta yhtenäiselle, avoimelle ja laatuvarmistetulle datalle. Se on välttämätöntä, jotta voidaan seurata ekosysteemien tilaa ja tehdä tietoon perustuvia päätöksiä.
Digitaaliset kaksoset auttavat ymmärtämään, miten ekosysteemit reagoivat ympäristön muutoksiin
Digitaalisten kaksosten hankkeet, joissa CSC on mukana, venyttävät maan, ilmaston ja luonnon monimuotoisuuden tutkimuksen rajoja ja tarjoavat uusia tutkimuksen ja päätöksenteon työkaluja. Hankkeissa kehitettävät digitaaliset kaksoset jäljittelevät ja ennustavat biodiversiteetin dynamiikkaa, ilmasto-olosuhteita ja ääri-ilmiöitä.
Horisontti Eurooppa -ohjelman tutkimus- ja innovaatiohankkeena rahoitettu BioDT-projekti toi digitaaliset kaksoset biodiversiteettitutkimukseen. Yhteensä 21 eurooppalaista organisaatiota teki hankkeessa yhteistyötä CSC:n koordinoimana kolmen vuoden ajan.
BioDT-hankkeessa kehitettiin yhdeksän digitaalisen kaksosen prototyyppiä, jotka käsittelevät neljää keskeistä biodiversiteettiaihetta:
- Lajien reaktiot ympäristön muutoksiin
- Lajidynamiikka sekä lajien aiheuttamat tai niihin kohdistuvat, merkittäviksi määritellyt uhat
- Lajien keskinäinen ja ihmisten kanssa tapahtuva vuorovaikutus
- Geneettisesti havaittu biodiversiteetti
Prototyypit mahdollistavat esimerkiksi metsien ja niittyjen tuottavuuden simuloinnin eri ilmasto- ja hoitoskenaarioissa, mehiläispopulaatioiden dynamiikan ymmärtämisen ja hunajantuotannon arvioinnin, kansallispuiston kulttuuri- ja biodiversiteettiarvon kartoittamisen sekä ilmastonmuutosta kestävien luonnonvaraisten viljelykasvien sukulaisten esiintymisen mallintamisen.
Prototyypit hyödyntävät EuroHPC:n supertietokoneita, kuten LUMIa ja Karolinaa, sekä kansallisia laskentaresursseja. Näiden avulla on voitu tehdä yksityiskohtaisia simulaatioita, jotka olivat aiemmin mahdottomia.
Kansalaistiede kohtaa tekoälyn
Eräs tärkeä osa BioDT-hanketta oli kansalaistieteen ja tekoälyn yhdistäminen. Suomessa toteutettu valtakunnallinen lintujen seurantakampanja on kerännyt yli 14,5 miljoonaa linnunlaulutallennetta, ja lajintunnistuksessa käytetään tekoälymalleja.
Valtavan suosittu Muuttolintujen kevät -mobiilisovellus välittää havainnot digitaalisille kaksosille päivittäin. Tämä on mahdollistanut lintuhavaintojen ja levinneisyyden visualisoinnin lähes reaaliajassa ja kansalaisten houkuttelemisen mukaan biodiversiteettitieteeseen.
Yhteistyö ja johtavien tutkimusinfrastruktuurien yhdistäminen avainasemassa
BioDT:n onnistumisten takana ovat vahvat kumppanuudet eurooppalaisten tutkimusinfrastruktuurien, kuten GBIF:n, LifeWatchin ja eLTERin kanssa. Yhteistyö on varmistanut sujuvan dataintegraation ja FAIR-periaatteiden noudattamisen sekä luonut vankan pohjan biodiversiteetin mallinnukselle.
CSC:llä on ollut hankkeessa keskeinen rooli. Se tarjoaa suurteholaskennan resursseja, datapalveluja ja alustaosaamista ja näiden avulla yhdistää huipputeknologian ja tutkimuksen tarpeet. Samalla se vahvistaa Suomen näkyvyyttä eurooppalaisessa tutkimuskentässä.
BioDT-hanke on vahvistanut CSC:n asemaa digitaalisten kaksosten, suurteholaskennan ja dataintensiivisen tieteen edelläkävijänä.
”BioDT on luonut strategisia mahdollisuuksia laajentaa digitaalisten kaksosten kehittämistä muihin biodiversiteettiaiheisiin. Se on vahvistanut suomalaisen tutkimuksen näkyvyyttä ja infrastruktuuriamme Euroopassa ja maailmalla sekä tukenut globaaleja biodiversiteetti- ja ilmastostrategioita”, sanoo Damien Lecarpentier, CSC:n kansainvälisen yhteistyön ja kumppanuuksien johtaja.
”BioDT on osoittanut, että digitaaliset kaksoset voivat mullistaa luonnon monimuotoisuuden tutkimuksen. Yhdistämällä kehittyneen mallinnuksen, avoimen datan ja suurteholaskennan voimme ennustaa ja vastata biodiversiteetin haasteisiin entistä paremmin. Nämä innovaatiot tukevat Euroopan biodiversiteetti- ja ilmastostrategioita, edistävät avointa tiedettä ja luovat uusia työkaluja tutkimuksen, politiikan ja yhteiskunnan hyödyksi”, sanoo Gabriela Zuquim, tieteellinen koordinaattori CSC:ltä.
Kuvitukset: CSC
Mikä on digitaalinen kaksonen?
Digitaalinen kaksonen on virtuaalinen, interaktiivinen kopio todellisesta kohteesta tai prosessista. Se yhdistää dataa, malleja ja erilaisia järjestelmiä. Niiden avulla se simuloi ja ennustaa monimutkaisia ilmiöitä.
Biodiversiteettitieteessä digitaaliset kaksoset auttavat ymmärtämään, miten ekosysteemit reagoivat ympäristön muuttumiseen. Näin ne mahdollistavat parempia ympäristönsuojelun ja päätöksenteon toimintamalleja.
Lue lisää
- BioDT-hankkeen verkkosivut(englanniksi)
- BioDT-yhteisö tutkijoille(englanniksi)
Lisätietoa
Gabriela Zuquim
FT, dosentti Gabriela Zuquim koordinoi TKI-hankkeita digitaalisten kaksosten ja biodiversiteetin aloilla.
