Troje naukowców z UPWr ze stypendium Bekkera

• Profesor Aleksandra Mirończuk w ramach stypendium naukowego wyjedzie na rok do Hiszpanii, gdzie będzie badać zdolności mikroorganizmów do rozkładu różnego rodzaju tworzyw sztucznych.
• Estera Trzcina wraz zespołem portugalskich naukowców będzie pracowała nad lepszym prognozowaniem gwałtownych zjawisk za pomocą techniki satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR).
• Dr Luca Demarchi dostał stypendium na wyjazd do Austalii. Projekt prowadzony z Centre for Crop Science z Uniwersytetu w Queensland ma określać fizjologiczne cechy roślin za pomocą teledetekcji hiperspektralnej.

Stypendium Bekkera wspiera mobilność międzynarodową doktorantów, naukowców i nauczycieli akademickich, by rozwijali się naukowo w zagranicznych ośrodkach badawczych i akademickich. Wyjazdy trwające od 3 do 24 miesięcy pozwolą naukowcom na pobyt w zagranicznych ośrodkach naukowych, nawiązanie z nimi długofalowej współpracy i na realizację projektów wspólnie z naukowcami z całego świata. W tym roku NAWA przeznaczyła na stypendia 21 000 000 złotych, które dostanie 77 laureatów programu.

Czy mikroorganizmy są w stanie całkowicie rozłożyć tworzywa sztuczne?

Profesor Aleksandra Mirończuk w ramach stypendium naukowego wyjedzie na rok do Hiszpanii, gdzie będzie współpracować z prof. Damià Barceló z Instytutu Badawczego Catalan Institute for Water Research Foundation (ICRA), który jest ściśle związany z Uniwersytetem Girona w Hiszpanii. Tamtejsi naukowcy zajmują się badaniami związanymi z wodą, jej obiegiem i jakością m.in. pod kątem chemicznym, mikrobiologicznym czy ekologicznym oraz unowocześnianiem technologii i transferu wiedzy. Razem naukowcy będą badać zdolności mikroorganizmów do rozkładu różnego rodzaju tworzyw sztucznych.

Problem zanieczyszczenia środowiska mikroplastikami staje się coraz poważniejszy. Badania wskazują, że tworzywa sztuczne ulegają niekontrolowanemu wyciekowi do środowiska naturalnego, gdzie ulegają rozdrobnieniu na coraz mniejsze fragmenty, przybierając różnej wielkości formy. Prądy morskie przenoszą je po całym świecie, przez prądy powietrza trafiają do regionów chronionych, a wraz z opadami trafiają do wód gruntowych. Ostatnie badania zespół naukowców z uniwersytetu Vrije w Amsterdamie, wskazują, że w krwi ponad 70% młodych ludzi wykryto różnego rodzaju mikroplastiki, co może negatywnie wpływać na stan zdrowia.

W projekcie prof. Mirończuk planuje zbadać zdolności mikroorganizmów, a konkretnie genetycznie modyfikowanych drożdży Yarrowia lipolytica, do rozkładu różnego rodzaju tworzyw sztucznych, takich jak polietylen wysokiej i niskiej gęstości, polistyren czy polipropylen. Żeby sprawdzić zdolności mikroorganizmów do przeprowadzenia tych procesów niezbędne jest ustalenie procedur wykrywania mikroplastików w płynach pohodowlanych po zakończonym procesie.

– Problem z mikroplastikami i badaniem zdolności mikroorganizmów do ich rozkładania polega na tym, że brakuje metod detekcji ich rzeczywistego rozkładu. Jeśli chcemy rozłożyć tworzywo sztuczne, możemy poddać je działaniu enzymu, wytwarzanego przez zmodyfikowane drożdże, ale nie wiemy, czy jest faktycznie całkowicie rozkładane, czy rozdrabniane na coraz mniejsze fragmenty – tłumaczy prof. Mirończuk, podkreślając, że mikroplastiki są bardziej szkodliwe niż duże odpady plastikowe, bo bezpośrednio mogą dotrzeć do naszego organizmu, np. z wodą, którą pijemy.

By sprawdzić, czy dane mikroorganizmy są w stanie całkowicie rozłożyć mikroplastiki prof. Mirończuk wraz z zespołem użyje metody badawczej pyr-GC (Pyrolysis–gas chromatography–mass spectrometry), czyli spalaniu w wysokiej temperaturze – powyżej 600°C – bez dostępu tlenu. Produkt końcowy przejdzie wtedy we frakcję lotną i za pomocą detektora będzie można określić pozostałą zawartość mikroplastiku.

– Podczas pobytu na stażu będę optymalizować metodę wykrywania mikroplastików w płynach pohodowlanych. Mówiąc prościej, załóżmy, że mamy hodowlę płynną mikroorganizmów, w której na początku procesu będzie 1 gram mikroplastiku. Jeżeli po zakończeniu procesu fermentacji, wykryjemy 0,25g mikroplastiku, to będziemy wiedzieli, że 75% zostało rozłożone na monomery, które nie są już szkodliwe, bo nie są tworzywem sztucznym. To potwierdzi, że dany enzym produkowany przez drożdże działa i będzie można go wykorzystać na większą skalę – tłumaczy prof. Mirończuk.

W ramach stypendium, na wyjazd prof. Mirończuk zdobyła niemal 180 tys. złotych.

Lepsze prognozowanie gwałtownych zjawisk pogodowych

Estera Trzcina, asystentka realizująca badania w Instytucie Geodezji i Geoinformatyki, wyjedzie na rok do Portugalii na Uniwersytet Lizboński do Instytutu Dom Luiz na Wydziale Nauk Ścisłych, gdzie jej opiekunami naukowymi zostaną prof. Pedro Miranda oraz dr Pedro Mateus. Wraz z zespołem portugalskich naukowców będzie badała wpływ wieloskalowej asymilacji danych InSAR na prognozowanie gwałtownych zjawisk pogodowych. Jej stypendium z programu im. Bekkera wyniosło 155 000 zł.

Para wodna stanowi jeden z głównych elementów termodynamiki atmosfery, czyli cyrkulacji ciepłego powietrza w gazowej powłoce otaczającej Ziemię. Wysoka zmienność ilości pary wodnej w zależności od miejsca i czasu w najniższej warstwie atmosfery przyczynia się do powstawania komórek konwekcyjnych na wysokości 2-20 km. Prowadzi to do ekstremalnych zjawisk pogodowych np. układów burzowych. One zaś mają katastrofalne skutki dla ludzi i środowiska. Możliwość precyzyjnego prognozowania dynamiki pary wodnej w troposferze jest więc kluczowa dla zmniejszenia negatywnych skutków gwałtownych zjawisk pogodowych.

Uchwycenie niewielkich zmian pary wodnej w troposferze, czyli warstwie sięgającej do ok. 12-18 km nad powierzchnię Ziemi, wymaga wysokorozdzielczych obserwacji procesów tworzących gradient wilgotności w troposferze. Jak mówi Estera Trzcina, jednym z narzędzi obserwacji pary wodnej w dolnej części atmosfery jest technika satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR). Początkowo technika ta wykorzystywana była głównie do wykrywania deformacji i zmian ukształtowania powierzchni Ziemi, jednak ostatnio używana jest nawet do tworzenia map rozkładu pary wodnej. Sygnał z satelity, przechodzący przez atmosferę ziemską, przechowuje informację o jej strukturze; na tej podstawie określana jest gęstość pary. – Ogromną zaletą takich map stworzonych dzięki technologii InSAR jest ich wysoka rozdzielczość przestrzenna. To zaś świadczy o wysokim potencjale detekcji gwałtownych zmian zawartości pary wodnej w skali konwekcyjnej – tłumaczy Estera Trzcina.

Obecnie główną metodą wykorzystania obserwacji stanu troposfery w meteorologii jest ich asymilacja do numerycznych modeli prognozy pogody, czyli analiza danych, uwzględniająca zarówno pomiary, jak i wyniki modelu prognostycznego. – Aktualnie asymilacja map rozkładu pary wodnej z danych InSAR nie jest możliwa w pełnej rozdzielczości przestrzennej ze względu na ograniczenia technik asymilacji – mówi asystentka realizująca badania w Instytucie Geodezji i Geoinformatyki UPWr.

W ramach projektu Estera Trzcina pracować będzie z naukowcami posiadającymi doświadczenie w zakresie doskonalenia technik asymilacji danych do numerycznych modeli prognozy pogody. Realizacja projektu w gronie naukowców z Instytutu Dom Luiz stanowi okazję do opracowania metodologii asymilacji map rozkładu pary wodnej z pełną rozdzielczością przestrzenną, żeby umożliwić precyzyjne prognozowanie gwałtownych zjawisk atmosferycznych, takich jak burze, grad, trąby powietrzne i gwałtowne porywy wiatru. – Analiza różnych podejść do asymilacji wysokorozdzielczych map pary wodnej pozyskanych techniką InSAR stanowić będzie krok w stronę pełnego wykorzystania potencjału tych obserwacji – podkreśla Estera Trzcina.

Wsparcie zrównoważonego rolnictwa

Stypendium w wysokości 202 tys. złotych otrzymał również dr Luca Demarchi, którego praca na UPWr związana jest z teledetekcją optyczną. Wspiera on na pół etatu Wiodący Zespół Badawczy SpaceOS w projektach związanych z teledetekcją optyczną i w przygotowywaniu propozycji nowych projektów.

Jego wyjazd związany jest projektem dotyczącym określania fizjologicznych cech roślin za pomocą teledetekcji hiperspektralnej. Ma to na celu zwiększenie wykrywalności stresu uprawowego i optymalizacji produkcji żywności.

– Zrównoważone rolnictwo jest ogromnym wyzwaniem dla ludzkości. Lepsze wykrywanie i monitorowanie stresu w uprawach jest niezbędne dla efektywniejszego zarządzania produkcją żywności. Technologie hiperspektralne mają niezwykły potencjał oceny warunków wegetacji, oferując nowe instrumenty dla precyzyjnego rolnictwa i zarządzania zasobami – wyjaśnia naukowiec.

Techniki hiperspektralne to techniki obrazowania, które rejestrują widmo elektromagnetyczne poza światłem widzialnym postrzeganym przez ludzkie oczy, zapewniając szeroki zakres długości fali przy niskiej rozdzielczości fal.

Przez wykrywanie stresu uprawowego, zespół chce lepiej zrozumieć, jak funkcjonowanie roślin wpływa na zmienność plonów. – Wyniki projektu dostarczą informacji kluczowych dla wsparcia nauk rolniczych i przemysłu, które potrzebują dokładnych narzędzi, by w sposób zrównoważony zarządzać uprawami i plonami, tym samym stawiając czoła obecnym globalnym wyzwaniom – mówi dr Demarchi.

Projekt ma być realizowany z Centre for Crop Science (CCS), centrum badawczym powstałym w ramach Queensland Alliance for Agriculture and Food Innovation (QAAFI) na Uniwersytecie Queensland w Australii. Jednak z powodów osobistych dr Demarchi nie podjął jeszcze ostatecznej decyzji, czy skorzysta ze stypendium naukowego.

is