<p>在我們腳下幾厘米的地方，就在草、樹、花和苔蘚的下面，有一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，叫做根際。這一層由土壤、真菌、營養(yǎng)物質(zhì)和植物根周圍的其他物質(zhì)組成，在地球的福祉和養(yǎng)活其居民所需作物的生長中起著至關(guān)重要的作用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;土壤的健康支撐著整個(gè)陸地生物圈的生存，&rdquo;加州理工學(xué)院托馬斯&middot;g&middot;邁爾斯電氣工程、生物工程和醫(yī)學(xué)工程教授、傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究所研究員楊昌輝說。&ldquo;我認(rèn)為，我們迫切需要更多地關(guān)注和關(guān)注土壤中的生物動力學(xué)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>對根際的研究依賴于從地面采集的土壤和根系樣本，但這一過程破壞了地球的環(huán)境條件，并給出了一個(gè)不完整的動態(tài)圖景。</p> <p>&nbsp;</p> <p>楊和他的實(shí)驗(yàn)室成員計(jì)劃建造一個(gè)攝像頭，他們可以埋在土壤中，以監(jiān)測根際的自然狀態(tài)，而不是挖出泥土。他們計(jì)劃使用這種成像系統(tǒng)來捕捉生物、根系和真菌網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用，以更多地了解植物如何獲得茁壯成長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，以及根際如何對全球氣候變化做出反應(yīng)。</p> <p><img src="https://images.squarespace-cdn.com/content/v1/586ec16bb3db2b558ebfec60/1a1a01ad-61cc-49d8-96e6-7b67008f491c/Rhizosphere+figure.png?format=750w" width="750" height="750" />&nbsp;</p> <p>該項(xiàng)目部分由雷斯尼克可持續(xù)發(fā)展研究所(Resnick Sustainability Institute)資助，由電氣工程博士后研究員張歐蒙(Oumeng Zhang)領(lǐng)導(dǎo)。該項(xiàng)目的靈感來自楊與安進(jìn)生物學(xué)和地球生物學(xué)教授黛安&middot;紐曼(Dianne Newman)的一次對話，后者的工作重點(diǎn)是微生物如何與環(huán)境共同進(jìn)化。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;當(dāng)我開始了解更多的科學(xué)知識時(shí)，很明顯，用于研究根際的儀器可以從最近的一些生物醫(yī)學(xué)工具發(fā)展中顯著受益。&rdquo;楊說，他的生物光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室主要專注于建造用于醫(yī)學(xué)成像的相機(jī)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>例如，紐曼和她的實(shí)驗(yàn)室成員正在研究監(jiān)測土壤中磷的變化的方法，磷是所有生物的基本養(yǎng)分。他們的目標(biāo)是開發(fā)出能夠提高作物對磷的吸收的特定細(xì)菌。張已經(jīng)開始與她的團(tuán)隊(duì)合作，并將他的光學(xué)專業(yè)知識發(fā)揮作用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;能夠感知土壤下的所有這些真菌或細(xì)菌，并長期監(jiān)測它們，這讓我非常興奮，因?yàn)檫@是前所未有的。&rdquo;</p> <p><br />&mdash;&mdash;張歐夢</p> <p><br />他說:&ldquo;我正在建立一個(gè)熒光掃描系統(tǒng)，以識別細(xì)菌在需要更多磷時(shí)所表達(dá)的不同種類的蛋白質(zhì)。&rdquo;&ldquo;我試圖用光學(xué)方法來檢測這些很難檢測到的非常細(xì)微的變化。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>建造一個(gè)可以在地下運(yùn)行的光學(xué)系統(tǒng)面臨著一系列特殊的挑戰(zhàn)。楊實(shí)驗(yàn)室的相機(jī)和顯微鏡通常在非常穩(wěn)定的桌子上工作，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)。另一方面，地球上到處都是會扭動的生物，土壤很容易被雨、風(fēng)和地震等潛在的破壞因素移動。幸運(yùn)的是，張說，該團(tuán)隊(duì)可以使用計(jì)算方法將模糊的圖像轉(zhuǎn)換為更清晰的圖像。</p> <p>&nbsp;</p> <p>另一個(gè)挑戰(zhàn)是該團(tuán)隊(duì)想要成像的物體的尺寸范圍很大，從顯微鏡下的細(xì)菌到肉眼可見的蠕蟲。</p> <p>&nbsp;</p> <p>張說:&ldquo;我們只需要一直思考哪種方法最適合觀察這些東西。&rdquo;&ldquo;能夠感知土壤下的所有這些真菌或細(xì)菌，并長期監(jiān)測它們，這讓我非常興奮，因?yàn)檫@是前所未有的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>探測和成像根際生物的能力可能會產(chǎn)生廣泛的影響。如果該團(tuán)隊(duì)能夠成功地制造出張曉峰所設(shè)想的儀器，研究人員可能會將這些相機(jī)&mdash;&mdash;或者它們的下一代&mdash;&mdash;發(fā)送到其他行星上調(diào)查環(huán)境。不過，目前的重點(diǎn)是幫助研究人員了解根際對全球氣候變化的響應(yīng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在更局部的范圍內(nèi)，&rdquo;楊指出，&ldquo;由于我們可以預(yù)計(jì)加州的森林火災(zāi)發(fā)生得更頻繁，強(qiáng)度更大，我認(rèn)為研究森林根際系統(tǒng)很重要，并更好地了解我們是否可以做些什么，使它們更有彈性，能夠在火災(zāi)后更快地恢復(fù)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Zhang表示，正在開發(fā)的強(qiáng)大攝像頭系統(tǒng)將在明年夏天進(jìn)行測試。他在圣路易斯華盛頓大學(xué)的博士導(dǎo)師Matthew Lew(08級學(xué)士)曾是Yang的學(xué)生，他推薦Zhang加入Yang的團(tuán)隊(duì)，因?yàn)樗袡C(jī)會創(chuàng)新這些新技術(shù)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>楊說:&ldquo;這些數(shù)據(jù)對科學(xué)研究很有用，也有助于讓公眾更好地了解我們腳下正在發(fā)生的事情。&rdquo;&ldquo;作為人類，我們是高度視覺化的生物。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>