浮游植物和芯片

微生物调解全球海洋循环的元素，调节大气二氧化碳和帮助维持我们所有的氧气呼吸，但有很多关于他们，科学家仍然不明白。现在，从西蒙斯基金会奖给来自麻省理工学院的达尔文项目访问研究人员更大、更好的计算资源模型这些社区和探讨他们是如何工作的。

达尔文项目研究人员对浮游生物种群的模拟越来越需要计算。麻省理工学院教授米迦勒“麦克”如下主要研究工程师克里斯托弗山，达尔文计划中的两个分支机构，因此很高兴知道他们最近的西蒙斯基金会奖，他们提供增强的计算基础设施来帮助执行海洋环流、模拟生物地球化学循环、微生物种群动态的研究，他们的面包和黄油。SMT贴片加工

达尔文项目，在地球的麻省理工学院海洋学家和微生物学家之间的联盟，大气和行星科学（EAPS）和帕森斯实验室在MIT土木与环境工程系，是一种主动“推进和海洋微生物和微生物群落的新模型的开发应用，确定个人和社区关系到他们的环境，连接细胞尺度过程对全球微生物群落结构“的目标耦合”状态的最先进的物理模型，全球海洋环流和生物地球化学和微生物基因组信息模型的过程。”

针对过去十年的过程中，模型的复杂度和分辨率的增加从2007项目开始，计算需求激增。在生物和流体动力元件模型和进军新的统计分析方法和算法复杂度增加，利用大数据创新分析仿真和现场数据，已经无情地。

专攻地球和行星计算科学的Hill说：“这个奖项使我们能够发展我们内部的计算和数据基础设施，以加速和促进这些新的建模能力。”。

升压计算基础设施奖提供将提前几个相关的研究领域，包括更详细的海洋微生物系统模型的能力，提高模拟的流体动力学环境的保真度，用先进的数据分析包括机器学习技术的支持，加速和扩展的基因组数据处理能力。

高度多样性是海洋微生物群落中普遍存在的一个方面，目前尚不完全清楚，而且在模拟中很少解决。达尔文项目的研究有新的突破，并继续推动在这一领域建模的信封：除了解决大量的表型和相互作用比通常被其他研究人员尝试，达尔文团队还增加了潜在的生理模型定义特征和取舍的保真度。

“我们正在做的一件事是实现简化的新陈代谢模型，解决额外的限制[电子和能量守恒]和更高的保真度[宏观分子和元素组成的动态表示]，”研究员说。这些进展要求每个表型有更多的状态变量。我们也有一个明确的辐射传输模型，使我们能够更好地利用卫星遥感数据，但都是在一个大的计算费用。”达尔文研究员也在扩大他们的模型来解决在海洋表面不仅光合和食草动物群落，但包括异养和自养的数量在整个水柱。

接着，Hill相信这些进展将提供更真实的世界观测，更动态和基本的描述海洋微生物群落和生物地球化学循环，并有可能检查系统的多样性的根本驱动因素和意义。

“表层海洋中的大部分生物作用发生在目前大多数生物地球化学模拟中尚未解决的尺度上，”解释如下。数值模型和最近的观测表明，海洋中尺度运动对地表资源的供应和不同人群之间的传播和交流有着深远的影响。这个整体的影响，以及如何正确的参数，目前尚不清楚，但一个方法，那是触手可及的，是解决这些尺度运动嵌套在全球模拟，”

Hill和跟随希望这样的进展将使他们能够检查本地和区域的精细尺度物理驱动器的综合影响。Hill说：“我们已经完成了一个完整的年度周期数值模拟，将物理过程分解为全球范围内的公里尺度。”。“这样的模拟驱动的目标模型，例如提供依据，问题可能涉及完全非静力动力学，可能有助于解释的现场测量表明，在这样的条件下提高增长率的作用。”这样的工作是另一个西蒙斯基金会赞助的项目，合作互补性强，西蒙海洋过程和生态（范围）。作为一个主动推进我们的生物学、生态学和生物地球化学过程的理解，微生物占据地球最大的生物海洋全球范围寻求措施，模型，并在模型生态系统的网站位于瓦胡岛的夏威夷岛，是北太平洋的很大一部分代表北100公里进行实验。

该小组还已经实现了相关流体动力学显式建模的算法，但在这里，这些方法在计算上也很困难。该奖项提供的改进设施将使这些极为苛刻的实验得以进行。

增强的计算机资源也将允许达尔文项目研究人员更有效地利用数据分析。”Hill说：“我们正在采用多种统计方法，对观测和模拟中的流体动力学和生态系统特征进行分类，我们计划应用于生物地球化学问题。”。“一个目前的方向，采用随机森林分类，以确定对应于训练集的功能，显示了客观的量化生物地球化学事件发生和物理环境现象之间的联系的特殊承诺。”

不仅将这些方法提供了模拟有用的分析工具，也看到他们对真实世界的解释桥接，例如，宏基因组学调查的海洋。接下来，Hill将这个方向看作是一个以新的、有意义的方式拉近模拟和观察的途径。生长在计算基础设施的西蒙斯奖允许，创造更大更现实的制作之间的查询数据集的潜力。

达尔文的计划是一个长着学院教授莎莉Penny Chisholm的麻省理工学院土木与环境工程系合作成果丰硕的一部分。稳定增长提供大规模的基因组和单细胞基因组数据在该实验室遗传学数据活动也推动更多的计算处理资源需求。

随着新的Simons支持计算基础设施升级项目的合作者，达尔文在该实验室将能够处理组件从较大的宏基因组文库和单细胞基因组的系统发育和/或使用最大似然贝叶斯算法。目前，一些大型的宏基因组学大会活动要求比这个团队很容易有更多可用的内存计算资源。”单细胞基因组系统发育活动的计算要求很高，需要一个星期或数月贡献计算资源，Hill解释道。这给其他工作带来了瓶颈。为了加快在这些领域的工作，额外的计算资源，一些内存比当前资源更大，一些GPU加速器将是非常有益的。新系统将允许更大的宏基因组库组件比目前可能的。”