Environmental Molecular Sciences Laboratory
એન્વાયર્નમેન્ટલ મોલેક્યુલર સાયન્સિસ લેબોરેટરી (ઇ. એમ. એસ. એલ., ઉચ્ચારણ એમ-ઝુલ) એ યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સના વોશિંગ્ટનના રિચલેન્ડમાં પેસિફિક નોર્થવેસ્ટ નેશનલ લેબોરેટરી ખાતે ઊર્જા વિભાગ, ઓફિસ ઓફ સાયન્સ સુવિધા છે. સંશોધન ઇ. એમ. એસ. એલ. ના વૈજ્ઞાનિકો અને સહયોગીઓ મૂળભૂત સંશોધન કરે છે જે જૈવિક, જૈવ ભૂરાસાયણિક અને ભૌતિક સિદ્ધાંતો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જે મોલેક્યુલર અને જીનોમિક્સ-નિયંત્રિત સૌથી નાના સ્કેલ પર પર્યાવરણીય પૃથ્વી પ્રણાલીમાં સૌથી મોટા સ્કેલ પર થતા ફેરફારોની આગાહી કરે છે. કાર્યાત્મક અને પ્રણાલી જીવવિજ્ઞાન વિજ્ઞાન ક્ષેત્ર ઉત્સેચકો અને બાયોકેમિકલ માર્ગોને સમજવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે જે પ્રોટીન માળખાં અને કાર્યોને કોષોની અંદર, સમુદાયોમાં કોષો વચ્ચે, અને સૂક્ષ્મજીવાણુઓ અને છોડ માટે સેલ્યુલર પટલની સપાટીઓ અને તેમના વાતાવરણ વચ્ચે ફેનોટાઇપિક પ્રતિક્રિયાઓ અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સાથે જોડે છે. પર્યાવરણીય પરિવર્તન અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિજ્ઞાન ક્ષેત્ર પર્યાવરણીય (ફિઝિયોકેમિકલ, હાઇડ્રોલોજિકલ, બાયોજિઓકેમિકલ), માઇક્રોબાયલ, પ્લાન્ટ અને જમીનની ઉપર અને નીચેની ઇકોસિસ્ટમ્સ, વાતાવરણ અને તેમના ઇન્ટરફેસોમાં ઇકોલોજીકલ પ્રક્રિયાઓની યાંત્રિક અને આગાહીયુક્ત સમજણ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. કમ્પ્યુટિંગ, એનાલિટિક્સ અને મોડેલિંગ સાયન્સ એરિયા અદ્યતન ડેટા એનાલિટિક્સ, વિઝ્યુલાઇઝેશન અને કોમ્પ્યુટેશનલ મોડેલિંગ અને સિમ્યુલેશન દ્વારા જૈવિક અને પર્યાવરણીય પ્રણાલીઓની આગાહીયુક્ત સમજણ વિકસાવવા માટે અત્યાધુનિક પ્રાયોગિક ડેટાનો ઉપયોગ કરવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. ઇએમએસએલ જૈવિક અને ઇકોસિસ્ટમ પ્રક્રિયાઓના મોલેક્યુલર કાર્યોને સમજવા અને આગાહી કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ માહિતીને ઉજાગર કરવા માટે સંકલિત સંશોધન પ્લેટફોર્મનો ઉપયોગ કરે છે. બાયોજિઓકેમિકલ ટ્રાન્સફોર્મેશન્સ એ તપાસ કરે છે કે પૃથ્વીની જમીન, પાણી અને હવાના આંતરપૃષ્ઠો પર પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ કેવી રીતે પર્યાવરણમાં પોષક તત્ત્વો અને અશુદ્ધિઓનું પરિવર્તન અને પરિવહન કરે છે. બાયોમોલેક્યુલર પાથવે તેમના આંતરિક અથવા બાહ્ય વાતાવરણમાં ફેરફારોના જવાબમાં કોષોની અંદર બાયોમોલેક્યુલ્સ વચ્ચેના કાર્યાત્મક સંબંધોમાં જીનોમિક માહિતીના અનુવાદની તપાસ કરે છે. સેલ સિગ્નલિંગ અને કોમ્યુનિકેશન્સ તેમના પર્યાવરણના પ્રતિભાવમાં સજીવો વચ્ચેના જટિલ આંતર-સંબંધોને સમજવા માટે કોષો, વસ્તી અને સમુદાયો વચ્ચે અને વચ્ચે પરમાણુ સંકેતોની ગતિશીલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને હેરફેર દર્શાવે છે. સ્થલીય-વાતાવરણીય પ્રક્રિયાઓ પરમાણુ પરિવર્તન, તેમને નિયંત્રિત કરતી ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ અને સ્થલીય અને વાતાવરણીય પ્રક્રિયાઓના જોડાણની તપાસ કરે છે. રાઇઝોસ્ફિયર ફંક્શન સિસ્ટમ સ્કેલ પર છોડ અને ઇકોસિસ્ટમના લક્ષણોને સમજવા, આગાહી કરવા અને નિયંત્રિત કરવા માટે પરમાણુ સ્તરે જનીનો અને પર્યાવરણ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની તપાસ કરે છે. માળખાકીય જીવવિજ્ઞાન કાર્યને સમજવા માટે નેનોસ્કેલ અવકાશી અને અસ્થાયી ઠરાવો પર પ્રોટીન, પ્રોટીન સંકુલ અને અન્ય બાયોમોલેક્યુલ્સ વિશે માળખાકીય, બાયોકેમિકલ અને ગતિશીલ માહિતી મેળવે છે. સિસ્ટમ મોડેલિંગ પ્રોટીન માળખું અને કાર્ય, મેટાબોલિક મોડેલિંગ અને મશીન લર્નિંગ અભિગમોના કોમ્પ્યુટેશનલ મોડેલ્સનો ઉપયોગ કરે છે જે જીનોટાઇપને ફીનોટાઇપ સાથે સાંકળે છે અને જૈવિક પ્રક્રિયાઓને સમજવા માટે કે જે પોષક પ્રવાહને નિયંત્રિત કરે છે, અને બાયોડિઝાઇન અને બાયોફ્યુઅલ/બાયોપ્રોડક્ટ ઉત્પાદન માટે આગાહીયુક્ત અભિગમોને સક્ષમ કરે છે. ઓપરેશન્સ ઇ. એમ. એસ. એલ. એ એક વપરાશકર્તા સંશોધન સુવિધા છે, જેમાં વિશ્વભરના વૈજ્ઞાનિકો પ્રયોગશાળાના નિષ્ણાતો અને ઉપકરણો સુધી પહોંચવા માટે કોઈ પણ કિંમતે પ્રોજેક્ટ દરખાસ્તો રજૂ કરી શકે છે. પ્રોજેક્ટ વૈજ્ઞાનિક રીતે અસરકારક અને ડી. ઓ. ઇ. ના જૈવિક અને પર્યાવરણીય સંશોધન મિશનના કાર્યાલય સાથે સુસંગત છે તેની ખાતરી કરવા માટે દરખાસ્તોની સ્પર્ધાત્મક પીઅર-સમીક્ષા પ્રક્રિયા દ્વારા તપાસ કરવામાં આવે છે. જે વૈજ્ઞાનિકોની દરખાસ્તો સ્વીકારવામાં આવે છે તેમને ઇએમએસએલ વપરાશકર્તાઓ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. લાક્ષણિક વપરાશકર્તા સંશોધન પ્રોજેક્ટ્સ થોડા મહિનાઓથી થોડા વર્ષો સુધી ટકી શકે છે. ઇએમએસએલ વપરાશકર્તાઓએ તેમના પ્રોજેક્ટના સમયગાળા માટે સ્થળ પર રહેવાની જરૂર નથી અને જ્યારે જરૂર પડે ત્યારે પ્રયોગશાળાની મુલાકાત લઈ શકે છે. મોટાભાગની નમૂનાની પ્રક્રિયા અને વિશ્લેષણ દૂરથી નિયંત્રિત કરી શકાય છે. ઇ. એમ. એસ. એલ. નો વપરાશકર્તા સમુદાય પ્રતિનિધિઓની ચૂંટાયેલી સમિતિ દ્વારા પ્રયોગશાળાની વ્યવસ્થાપન ટીમને વૈજ્ઞાનિક દિશા અને કાર્યક્ષમ કામગીરી માટેની ભલામણો પ્રદાન કરે છે. ઇતિહાસ 1986-1997 ઇ. એમ. એસ. એલ. બનવાનો વિચાર 1985માં રાષ્ટ્રીય વિજ્ઞાન અકાદમીના રસાયણશાસ્ત્રમાં તકો શીર્ષકના અહેવાલ સાથે શરૂ થયો હતો. અહેવાલમાં ઊર્જા અને પર્યાવરણને લગતા વૈજ્ઞાનિક પડકારોની ઓળખ કરવામાં આવી છે, જેનો ઉકેલ મેળવવા માટે મૂળભૂત સંશોધનની જરૂર છે. જવાબમાં, પી. એન. એન. એલ. ના તત્કાલીન નિયામક, વિલિયમ આર. વિલી અને પ્રયોગશાળાના વરિષ્ઠ મેનેજરોએ મોલેક્યુલર સાયન્સ માટે એક કેન્દ્રની દરખાસ્ત કરી હતી જે ભૌતિક અને જીવન વિજ્ઞાનના સંશોધકો અને કમ્પ્યુટિંગ અને મોલેક્યુલર પ્રોસેસ મોડેલિંગમાં અનુભવ ધરાવતા સિદ્ધાંતવાદીઓને એક સાથે લાવશે. વિલીએ સંકલિત અને સહયોગી રીતે પરમાણુ-સ્તરના રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસ માટે અદ્યતન સાધનસામગ્રી સાથેની સુવિધાને કલ્પના કરી હતી. ઓહિયો સ્થિત બેટલ મેમોરિયલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ, જે ડી. ઓ. ઈ. માટે પી. એન. એન. એલ. નું સંચાલન કરે છે, તેણે સુવિધાનું નિર્માણ કરવા; સંશોધન કાર્યક્રમો વિકસાવવા; અને સાધનો, સુવિધાઓ, વૈજ્ઞાનિકો અને સહાયક સ્ટાફ મેળવવા માટે ચાર વર્ષમાં $85 લાખના ભંડોળને મંજૂરી આપી હતી. બાંધકામ જુલાઈ 1994માં શરૂ થયું હતું અને ઓગસ્ટ 1997માં પૂર્ણ થયું હતું. ઇ. એમ. એસ. એલ. 1 ઓક્ટોબર, 1997ના રોજ સંપૂર્ણ કામગીરી માટે ખોલવામાં આવી હતી. તેના પ્રથમ પાંચ વર્ષ દરમિયાન, ઇ. એમ. એસ. એલ. ના નેતાઓએ ક્ષમતાઓનું નિર્માણ કર્યું, વૈજ્ઞાનિક નેતૃત્વની ભરતી કરી અને વપરાશકર્તાઓને આકર્ષ્યા. ત્યારબાદ નેતાઓએ જીવવિજ્ઞાનનો સમાવેશ કરવા માટે વૈજ્ઞાનિક ધ્યાનનું વિસ્તરણ કર્યું, ખાસ કરીને પર્યાવરણીય સફાઇ, વૈકલ્પિક ઊર્જા અને વાતાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડના ઘટાડા માટે કુદરતી રીતે બનતા સુક્ષ્મજીવાણુઓનો અભ્યાસ. ઇ. એમ. એસ. એલ. નો પ્રારંભિક વપરાશકર્તા કાર્યક્રમ એકલ તપાસકર્તા અભ્યાસો પર કેન્દ્રિત હતો જે વૈજ્ઞાનિક ક્ષેત્રોને પાર કરીને ઝડપથી દર વર્ષે 1,000 થી વધુ વપરાશકર્તાઓ સુધી પહોંચ્યો હતો, જે દરેક રાજ્ય અને કેટલાક વિદેશી દેશોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. આ સમયગાળા દરમિયાન, ઇ. એમ. એસ. એલ. એ બે મોટા પડકારો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યુંઃ સૂક્ષ્મજીવાણુઓ અને ખનિજો વચ્ચેની મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને લગતા જૈવ ભૂ-રસાયણશાસ્ત્રનો પ્રશ્ન, અને કોષ પટલમાં પ્રોટીનની રચના અને કાર્યને સંબોધતો અભ્યાસ. આ પડકારો પર કામ કરવાથી વૈજ્ઞાનિક સમુદાય માટે નવી તકો તરફ દોરી ગયું, જેમાં એક જ પડકાર પર ટીમોને કેન્દ્રિત કરવા માટે રચાયેલ સંશોધન અભિયાનો છે. જાન્યુઆરી 2007માં, ઇ. એમ. એસ. એલ. એ તેના પ્રથમ કાયમી વિસ્તરણની ઉજવણી કરીઃ ચિનૂક નામના 11.8-teraflop કમ્પ્યુટર માટે લગભગ 4,000 ચોરસ ફૂટ ઊંચો માળ, જે તે સમયે વિશ્વની પાંચમી સૌથી ઝડપી પ્રણાલી હતી. એપ્રિલ 2008માં, ઇ. એમ. એસ. એલ. એ પ્રતિષ્ઠિત વપરાશકર્તા જે. માઇક વ્હાઇટને એક નવું ઓફિસ પોડ સમર્પિત કર્યું હતું જેમાં લગભગ 100 કર્મચારીઓ અને વપરાશકર્તાઓ પી. એન. એન. એલ. છે. 2012ની શરૂઆતમાં, ઇ. એમ. એસ. એલ. એ તેની શાંત પાંખ ખોલી જેમાં અતિસંવેદનશીલ ઉચ્ચ-રીઝોલ્યુશન માઇક્રોસ્કોપી અને સ્કેનીંગ સાધનોનો સમાવેશ થાય છે. 2009 થી પ્રસ્તુત ઓક્ટોબર 2010 માં, ઇ. એમ. એસ. એલ. નું મુખ્ય કોમ્પ્યુટેશનલ રસાયણશાસ્ત્ર સોફ્ટવેર પેકેજ, એન. ડબલ્યુ. સી. એચ. એમ. ઓપન સોર્સ બન્યું, જેનાથી વિશ્વભરના કમ્પ્યુટર વૈજ્ઞાનિકો તેના ભાવિ વિકાસમાં યોગદાન આપી શકે અને તેને વધુ સંશોધકો અને વિદ્યાર્થીઓ માટે ઉપલબ્ધ કરાવી શકાય. માર્ચ 2020 માં વેબ ઓફ સાયન્સ સર્ચ અનુસાર, 2010 થી આ કોડ 3760 થી વધુ વખત ટાંકવામાં આવ્યો છે. જૂન 2013માં, ઇ. એમ. એસ. એલ. એ ચિનૂક કમ્પ્યુટરને નિવૃત્ત કર્યું અને 3.4-petaflops સિસ્ટમ કાસ્કેડનું સ્વાગત કર્યું. ઇએમએસએલએ ઓગસ્ટ 2017માં તેની વીસમી વર્ષગાંઠની ઉજવણી કરી હતી, જેમાં એનડબલ્યુસીઇએમ કોમ્પ્યુટેશનલ રસાયણશાસ્ત્ર સોફ્ટવેર અને ઉપ-સપાટી વિજ્ઞાન અને પાયાના બાયોફ્યુઅલ ઉત્પાદનમાં પ્રગતિનું પ્રદર્શન કરવામાં આવ્યું હતું. આંતરરાષ્ટ્રીય સ્તરે માન્યતા પ્રાપ્ત વૈજ્ઞાનિકો થોમ ડનિંગ, સ્ટીવ કોલ્સન અને જીન ફ્યુટ્રેલ સહિત વૈજ્ઞાનિક અગ્રણીઓએ આ કાર્યક્રમમાં ભાગ લીધો હતો. આજે, ઇએમએસએલ વિવિધ વૈજ્ઞાનિક સમુદાયોના વપરાશકર્તાઓ સાથે મળીને કાર્યાત્મક અને સિસ્ટમ બાયોલોજી, પર્યાવરણીય પરિવર્તન અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ, અને કમ્પ્યુટિંગ, એનાલિટિક્સ અને મોડેલિંગમાં તેના વૈજ્ઞાનિક સંશોધન પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. આ વિજ્ઞાન તકનીકી વિકાસ અને કોમ્પ્યુટેશનલ ક્ષમતાઓને આગળ ધપાવી રહ્યું છે. ઇ. એમ. એસ. એલ. ના નિર્દેશકો થોમ ડનિંગ-બાંધકામ પ્રવૃત્તિઓનું નેતૃત્વ કરે છે, ટેરેસા ફ્રાયબર્ગર-વચગાળાના નિર્દેશક, જીન ફ્યુટ્રેલ-જે. ડબલ્યુ. રોજર્સ, જુનિયર-2002-2004 એલિસન એ. કેમ્પબેલ-વચગાળાના 2004-2005,2005-2015 હાર્વે બોલ્ટન-વચગાળાના 2015-2016, વચગાળાના 2017-2019 લિયુઆન લિયાંગ-2016-2017 ડગ્લાસ મેન્સ-2019-વર્તમાન ફૂટનોટ્સ બાહ્ય કડીઓ EMSL એન્વાયર્નમેન્ટલ મોલેક્યુલર સાયન્સિસ લેબોરેટરી ડીઓઈ યુ. એસ. ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી પીએનએનએલ પેસિફિક નોર્થવેસ્ટ નેશનલ લેબોરેટરી ઇન રિચલેન્ડ, વોશિંગ્ટન NWChem EMSLનું કોમ્પ્યુટેશનલ રસાયણશાસ્ત્ર સોફ્ટવેર પેકેજ લેબોરેટરીઝ ઇન ધ યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ રિચલેન્ડ, વોશિંગ્ટન બિલ્ડીંગ્સ એન્ડ સ્ટ્રક્ચર્સ ઇન બેન્ટન કાઉન્ટી, વોશિંગ્ટન (સ્ટેટ) માં વોશિંગ્ટન રિસર્ચ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ