Digitale tweelingen gaan helpen ecosystemen beter te begrijpen

Grootschalige wetenschappelijke infrastructuur bestaat in verschillende soorten. Het kan gaan om gespecialiseerde apparaten, zoals grote telescopen, hoge veldmagneten of geavanceerde sensoren en meetnetten noodzakelijk voor biologisch en aardwetenschappelijk onderzoek. Maar ook om 'virtuele' faciliteiten, zoals omvangrijke databanken, wetenschappelijke computernetwerken, of om data- en monstercollecties.

Deze infrastructuur is essentieel voor de Nederlandse wetenschap, vinden Nederlands Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en het ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap (OCW). Daarom hebben ze geld beschikbaar gesteld voor het opzetten of verbeteren ervan, verdeeld over twee financieringsrondes waarvan de eerste nu is toegekend.

Digitale tweelingen

Twintig miljoen euro gaat naar LTER-LIFE, dat in de 'virtuele' categorie valt. LTER staat voor Long-term Ecosystem Research, een internationaal netwerk van faciliteiten met in Nederland de Hoge Veluwe en de Waddenzee. "LTER-LIFE gaat gebruikt worden om het functioneren van ecosystemen beter te begrijpen, maar ook om de gevolgen van ingrepen beter te voorspellen", zegt Marcel Visser. "Eigenlijk net als bij de globale klimaatmodellen, we dan kunnen doorrekenen wat de gevolgen van bijvoorbeeld verschillende klimaatscenario’s zijn op het functioneren van ecosystemen."

Daarvoor ontwikkelt LTER-LIFE  een virtuele onderzoeksomgeving, voortbouwend op recente ontwikkelingen in de datawetenschap. "De planeet verandert snel", benadrukt Visser, en om daarop te kunnen inspelen, "moet ecologie een voorspellende wetenschap worden." Met de onderzoeksomgeving van LTER-LIFE kunnen ecologen gegevens op de lange termijn over planten, dieren en het milieu aan elkaar koppelen, methoden voor data-analyse, modellering en simulatie delen, en digitale equivalenten van complete ecosystemen bouwen.

Eigenlijk zijn het dus 'digitale tweelingen' van fysieke ecosystemen, zegt Visser. "Zo’n digitale tweeling moet dan dezelfde eigenschappen krijgen als haar fysieke zus, en ook op dezelfde manier op veranderingen reageren. Dat maakt scenariostudies mogelijk. We werken niet aan één groot digitaal model, maar voor elke specifieke onderzoeksvraag worden de relevante onderdelen bij elkaar gebracht - of ontwikkeld - waarbij die vraag aangepakt kan worden."

Visser: "Door nu lange-termijn data van planten, dieren en de omgeving bij elkaar te brengen, kunnen we gebruik maken van zogenaamde big data tools, zoals machine learning, om verbanden te zoeken.  Daarnaast is er nog een heel ander aspect belangrijk; binnen LTER-LIFE gaan we ook lange-termijn data beschikbaar maken die anders mogelijk verloren zouden gaan. Data van 20, 30 of 40 jaar geleden die nooit meer te verzamelen zijn."

Nationale roadmap

Alleen consortia verbonden aan de Nationale Roadmap voor Grootschalige Wetenschappelijke Infrastructuur mochten een voorstel indienen. De Roadmap werd in 2021 gelanceerd als instrument om strategische keuzes te maken voor overheidsinvesteringen in onderzoeksinfrastructuur.

Het consortium achter LTER-LIFE bestaat uit het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW), de Universiteit van Amsterdam (UvA), het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu, het Koninklijk Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek (NIOZ) en Wageningen University & Research (WUR). Daarnaast krijgt het project steun van een groot aantal partners op het gebied van wetenschap, data en onderwijs en op het maatschappelijke vlak.

"Als je zorgt voor de juiste infrastructuur", benadrukt NWO-voorzitter Marcel Levi, "komen partijen bij elkaar die normaliter niet samen om de tafel zitten. Daarmee is wetenschappelijke infrastructuur een broedplaats voor nieuwe ontwikkelingen en een sleutel tot innovatie en het oplossen van grote maatschappelijke vraagstukken."

Marcel Visser: "Het bouwen van de infrastructuur is één ding, maar om het ook te kunnen gebruiken moeten onderzoekers getraind worden.  We gaan dan ook veel cursussen en ander manieren van informatie delen opzetten, ook voor master studenten en promovendi. Die nieuwe generatie van ecologen moet veel meer skills in datamanagement en grootschalige data gebruik ontwikkelen."

LTER-LIFE gaat van start op 1 juli.