AI-gestuurde aanpak onthult verborgen gevaren van chemische mengsels in rivieren
Krediet: Unsplash/CC0 Publieke Domein
Kunstmatige intelligentie kan cruciale inzichten bieden in hoe complexe mengsels van chemicaliën in rivieren invloed hebben op aquatische levensvormen, wat de weg effent voor betere milieubescherming.
Een nieuwe aanpak, ontwikkeld door onderzoekers aan de Universiteit van Birmingham, laat zien hoe geavanceerde methoden van kunstmatige intelligentie (AI) kunnen helpen bij het identificeren van potentieel schadelijke chemische stoffen in rivieren door hun effecten op kleine watervlooien (Daphnia) te monitoren. Het team werkte samen met wetenschappers van het Onderzoekscentrum voor Eco-Omgevingswetenschappen (RCEES) in China en het Helmholtz Centrum voor Milieuonderzoek (UFZ) in Duitsland om watermonsters te analyseren van het Chaobai-riviersysteem nabij Beijing. Dit riviersysteem ontvangt chemische verontreinigingen uit verschillende bronnen, waaronder landbouw, huishoudens en de industrie.
Professor John Colbourne, directeur van het Centrum voor Milieuonderzoek en Rechtvaardigheid aan de Universiteit van Birmingham en een van de senior auteurs van het onderzoek, toonde optimisme dat, door voort te bouwen op deze vroege bevindingen, dergelijke technologie in de toekomst routinematig kan worden ingezet om water te monitoren op giftige stoffen die anders niet gedetecteerd zouden worden. “Er is een enorme verscheidenheid aan chemicaliën in het milieu. Waterveiligheid kan niet voor één stof tegelijk worden beoordeeld. Nu hebben we de middelen om de totale hoeveelheid chemicaliën in de bemonsterde wateren te monitoren om te ontdekken welke onbekende stoffen samen giftigheid voor dieren, inclusief mensen, veroorzaken,” zei hij.
De resultaten, gepubliceerd in Environmental Science and Technology, onthullen dat bepaalde mengsels van chemicaliën samen kunnen werken om belangrijke biologische processen in aquatische organismen te beïnvloeden, die worden gemeten aan de hand van hun genen. De combinaties van deze chemicaliën creëren milieugevaren die mogelijk groter zijn dan wanneer chemicaliën afzonderlijk aanwezig zijn.
Het onderzoeksteam gebruikte watervlooien (Daphnia) als testorganismen in de studie, omdat deze kleine kreeftachtigen zeer gevoelig zijn voor veranderingen in waterkwaliteit en veel genen delen met andere soorten, waardoor ze uitstekende indicatoren zijn van mogelijke milieugevaren. “Onze innovatieve aanpak benut Daphnia als het waakzame soort om potentiële giftige stoffen in het milieu te onthullen,” legt Dr. Xiaojing Li van de Universiteit van Birmingham (UoB) en de hoofdauteur van deze studie uit. “Door AI-methoden te gebruiken, kunnen we identificeren welke subsets van chemicaliën bijzonder schadelijk kunnen zijn voor aquatisch leven, zelfs bij lage concentraties die normaal gesproken geen zorgen zouden baren.”
Dr. Jiarui Zhou, ook van de Universiteit van Birmingham en co-eerste auteur van het artikel, die de ontwikkeling van de AI-algoritmen leidde, zei: “Onze aanpak toont aan hoe geavanceerde computationele methoden kunnen helpen bij het oplossen van dringende milieuproblemen. Door enorme hoeveelheden biologische en chemische gegevens tegelijkertijd te analyseren, kunnen we beter begrijpen en voorspellen welke milieurisico’s er zijn.”
Professor Luisa Orsini, een andere senior auteur van de studie, voegde hieraan toe: “De belangrijkste innovatie van de studie ligt in onze datagestuurde, onpartijdige aanpak om te onthullen hoe milieurelevante concentraties van chemische mengsels schade kunnen veroorzaken. Dit daagt de traditionele ecotoxicologie uit en effent de weg voor de regelgevende acceptatie van de waakzame soort Daphnia, naast nieuwe methodologische benaderingen.”
Dr. Timothy Williams van de Universiteit van Birmingham en co-auteur van het artikel merkte ook op: “Typisch gebruiken aquatische toxicologiestudies ofwel een hoge concentratie van een individuele chemische stof om gedetailleerde biologische reacties te bepalen, of ze bepalen alleen de uiteindelijke effecten zoals mortaliteit en veranderde reproductie na blootstelling aan een milieu-monster. Deze studie doorbreekt echter nieuwe grond door ons in staat te stellen belangrijke klassen van chemicaliën te identificeren die levende organismen binnen een echte milieu-mix bij relatief lage concentraties beïnvloeden, terwijl we tegelijkertijd de biomoleculaire veranderingen karakteriseren.” De bevindingen kunnen helpen bij het verbeteren van de milieubescherming door het identificeren van voorheen onbekende chemische combinaties die risico’s voor aquatisch leven vormen, waardoor een uitgebreidere milieumonitoring mogelijk wordt en beter onderbouwde regelgeving voor chemische lozingen in waterwegen wordt ondersteund.
