Un approccio guidato dall'intelligenza artificiale scopre i pericoli nascosti delle miscele chimiche nei fiumi
Lo studio apre una nuova strada
L'intelligenza artificiale può fornire indicazioni cruciali su come le complesse miscele di sostanze chimiche presenti nei fiumi influenzano la vita acquatica, aprendo la strada a una migliore protezione dell'ambiente.
Un nuovo approccio sviluppato dai ricercatori dell'Università di Birmingham mostra come metodi avanzati di intelligenza artificiale (AI) possano aiutare a identificare le sostanze chimiche potenzialmente dannose nei fiumi monitorandone gli effetti sulle minuscole pulci d'acqua (Daphnia).
Il team ha collaborato con scienziati del Centro di ricerca per le scienze eco-ambientali (RCEES) in Cina e del Centro Hemholtz per la ricerca ambientale (UFZ) in Germania per analizzare campioni d'acqua del sistema fluviale Chaobai, vicino a Pechino. Gli inquinanti chimici entrano in questo sistema fluviale da varie fonti, tra cui l'agricoltura, le abitazioni e l'industria.
Il professor John Colbourne è direttore del Centro per la ricerca ambientale e la legge dell'Università di Birmingham e uno degli autori principali dello studio. Ha espresso ottimismo sul fatto che, sulla base dei risultati iniziali, questa tecnologia potrebbe un giorno essere utilizzata per monitorare di routine l'acqua alla ricerca di sostanze tossiche che altrimenti non verrebbero rilevate.
Ha dichiarato: "Nell'ambiente è presente una moltitudine di sostanze chimiche. La sicurezza dell'acqua non può essere valutata per ogni singola sostanza. Ora abbiamo la possibilità di monitorare la totalità delle sostanze chimiche nei campioni di acqua ambientale per scoprire quali sostanze sconosciute interagiscono per produrre tossicità per gli animali, compresi gli esseri umani".
I risultati, pubblicati sulla rivista Environmental Science and Technology, mostrano che alcune miscele di sostanze chimiche possono interagire per influenzare importanti processi biologici negli organismi acquatici, misurati dai loro geni. Le combinazioni di queste sostanze chimiche creano pericoli ambientali potenzialmente maggiori rispetto alla loro presenza singola.
Il team di ricerca ha utilizzato le pulci d'acqua (Daphnia) come organismi di prova nello studio, perché questi minuscoli crostacei sono molto sensibili ai cambiamenti della qualità dell'acqua e condividono molti geni con altre specie, il che li rende ottimi indicatori di potenziali rischi ambientali.
"Il nostro approccio innovativo utilizza le dafnie come specie sentinella per rilevare potenziali sostanze tossiche nell'ambiente", spiega il dottor Xiaojing Li dell'Università di Birmingham (UoB) e autore principale dello studio. "Utilizzando i metodi dell'intelligenza artificiale, possiamo identificare quali sottogruppi di sostanze chimiche potrebbero essere particolarmente dannosi per la vita acquatica, anche a basse concentrazioni che normalmente non desterebbero preoccupazione".
Il dottor Jiarui Zhou, anch'egli dell'Università di Birmingham e co-autore dello studio, che ha guidato lo sviluppo degli algoritmi di IA, ha dichiarato: "Il nostro approccio dimostra come i metodi computazionali avanzati possano aiutare a risolvere problemi ambientali urgenti. Analizzando simultaneamente grandi quantità di dati biologici e chimici, possiamo comprendere e prevedere meglio i rischi ambientali".
La professoressa Luisa Orsini, altro autore principale dello studio, ha aggiunto: "L'innovazione chiave dello studio risiede nel nostro approccio imparziale e guidato dai dati per scoprire come le concentrazioni di miscele chimiche rilevanti per l'ambiente possano causare danni. Questo sfida l'ecotossicologia convenzionale e apre la strada all'introduzione della specie sentinella Daphnia nella legislazione, insieme a nuove metodologie".
Il dottor Timothy Williams dell'Università di Birmingham, coautore dello studio, ha osservato: "In genere, gli studi di tossicologia acquatica utilizzano alte concentrazioni di una singola sostanza chimica per determinare risposte biologiche dettagliate, oppure valutano solo gli effetti apicali, come la mortalità e l'alterazione della riproduzione in seguito all'esposizione a un campione ambientale. Tuttavia, con questo studio stiamo aprendo un nuovo terreno, in quanto ci permette di identificare le classi chiave di sostanze chimiche che influenzano gli organismi viventi in una miscela ambientale reale a concentrazioni relativamente basse, caratterizzando al contempo i cambiamenti biomolecolari innescati".
I risultati potrebbero contribuire a migliorare la protezione dell'ambiente attraverso
- Identificando combinazioni chimiche precedentemente sconosciute che rappresentano una minaccia per la vita acquatica.
- Consentendo un monitoraggio ambientale più completo
- Sostenere normative più informate per lo scarico di sostanze chimiche nei corsi d'acqua.
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