DeiC Interactive HPC bidrager til ny viden om livet i verdens største dybhavsgrave
Adgang til nationale DeiC Interactive HPC-ressourcer gav Ph.d.-studerende Yen-Ting Chen og hans kollegaer fra Syddansk Universitet mulighed for at udvide deres analyser af mikroorganismer fra de dybeste områder i verdenshavene uden at skulle flytte data eller tilpasse deres workflow.
Yen-Ting Chen er ph.d.-studerende ved Danish Center for Hadal Research (HADAL) and Nordcee på Syddansk Universitet. Han indgår i et forskningsprojekt, der undersøger mikroorganismer i de såkaldte hadalgrave, som ligger mellem seks og elleve kilometer under havoverfladen og udgør de dybeste områder i verdenshavene. Her er altid mørkt, temperaturen er tæt på frysepunktet, og trykket er mere end tusind gange højere end ved havets overflade. Selvom forholdene er så ekstreme, findes der liv på de store dybder, og forskere har gennem flere årtier indsamlet prøver fra havgravene. Men de fleste undersøgelser har fokuseret på et eller få områder ad gangen, og forskningen har manglet et samlet billede af, hvordan mikroorganismerne varierer fra dybhavsgrav til dybhavsgrav, og hvilke arter der findes på tværs af verdenshavene. Forskerne ved SDU samler derfor data fra dybhavsgrave over hele verden for at lave den første samlede kortlægning af biodiversiteten i de dybeste dele af oceanerne.
Projektet tager udgangspunkt i DNA fra mere end 400 sediment prøver indsamlet på forskningsekspeditioner siden 2018. DNA’et blev sekventeret i samarbejde med forskellige forskningsinstitutioner, deriblandt Aalborg Universitet, og til de efterfølgende avancerede analyser anvendte forskerne nationale DeiC Interactive-ressourcer. Hver prøve indeholder hundredvis af millioner DNA-fragmenter, som først skal sammenlignes og samles til længere DNA-sekvenser, før forskerne kan afgøre, hvilke organismer de stammer fra, og det kræver ifølge Yen-Ting Chen både stor hukommelse og regnekraft:
- "Vi arbejdede med mere end 400 prøver. Allerede det første analysetrin tog omkring et døgns beregningstid pr. prøve på en 64-core computer, så behovet for regnekraft løber hurtigt op i hundredtusindvis af CPU-timer.”, Yen-Ting Chen
Projekttitel: The genetic exploration of the biodiversity in global deep sea trench systems
Tildelte ressourcer: 100.000 CPU-timer på DeiC Interactive (forskningsgruppen anvendte ca. 90.000 timer).
Samlet ressourceforbrug: Projektet bygger på data indsamlet gennem forskningsekspeditioner siden 2018. Det samlede beregningsforbrug for projektet overstiger derfor 100.000 CPU-timer.
Projektperiode: DeiC Interactive-ressourcerne blev anvendt fra februar 2024 til februar 2025.
Nem adgang uden tekniske barrierer
Yen-Ting Chen blev opmærksom på muligheden for at søge regnekraft gennem de nationale kald via en tidligere kollega, som havde haft gode erfaringer med ordningen, og han oplevede også selv ansøgningsprocessen som ret enkel, selvom ressourcerne blev stillet til rådighed lidt senere end forventet. Forskningsgruppen arbejdede allerede i UCloud, hvor de gennem flere år havde opbygget deres analysemiljø til lagring og analyse af de mange terabyte af sekvens data, og derfor var det ifølge Yen-Ting Chen oplagt at søge om DeiC Interactive HPC-ressourcer, som kunne stilles til rådighed i det samme miljø:
- ”Vi kendte UCloud i forvejen, så vi kunne fortsætte i det miljø, vi allerede arbejdede i. Vi skulle ikke flytte data eller tilpasse vores arbejdsgange til en ny platform, og det gjorde det rigtig nemt at komme i gang.”, Yen-Ting Chen
Forskningsgruppen fik tildelt 100.000 CPU-beregningstimer på DeiC Interactive HPC, og det betød, at den nødvendige regne- og lagringskapacitet var til rådighed, når analyserne skulle køres:
- ”Under mit speciale måtte jeg tit vente i flere dage på, at mine analyser kunne blive kørt, fordi så mange forskere delte de samme ressourcer. Med DeiC Interactive HPC havde vi den nødvendige regnekraft og lagringskapacitet, når vi havde brug for den. Det gav os mulighed for at arbejde med større datasæt og gå mere i dybden med analyserne, end vi ellers ville have kunnet.”, Yen-Ting Chen
Overraskelser fra havbunden
Efterhånden som Yen-Ting Chen og hans kollegaer analyserede mange tusinder mikrobielle genomer, blev det klart for dem, at deres resultater rummede helt ny viden om livet i hadalgravene. Størstedelen af genomerne viste sig nemlig at tilhøre organismer, som aldrig tidligere er blevet beskrevet:
- ”Først og fremmest fandt vi ud af, at de fleste af de genomer, vi rekonstruerede, var nye for videnskaben. Det viser, at de dybeste havgrave rummer en unik og stort set uudforsket biodiversitet.”, Yen-Ting Chen
Samtidig fandt forskerne arter, som lever i flere forskellige dybhavsgrave og på flere forskellige dybder, og det peger på, at nogle typer mikroorganismer er langt mere udbredte, end forskningen hidtil har troet. Analyserne viste dog også at den samlede biodiversitet faktisk er lavere i hadalzonen end på dybhavssletter der findes mellem på 4-6 km dybde, hvilket tyder på, at de ekstreme forhold udgør en slags evolutionært filter, der favoriserer særligt tilpassede mikroorganismer.
De spændende resultater rejser en hel række nye spørgsmål, og Yen-Ting Chen er derfor ikke i tvivl om, at gruppen kommer til at søge flere e-ressourcer i kommende nationale kald:
- ”Vi kommer helt sikkert til at søge igen. Vores resultater viser, at hadalzonens mikrobielle samfund rummer mange særegne organismer, som er nye for videnskaben, men det rejser også nye spørgsmål om, hvordan naturlig selektion former livet på havets største dybder, og det vil vi gerne undersøge nærmere og forstå.”, Yen-Ting Chen
eScience Center tilbyder rådgivning og support til forskere, der har brug for hjælp til data management, HPC og andre avancerede digitale forskningsværktøjer. Research Support Team fungerer som SDU’s Front Office for de nationale HPC-infrastrukturer og hjælper forskere med at finde og anvende de løsninger, der passer til deres forskningsbehov.
Teamet består af eksperter inden for computational science og Research Software Engineering (RSE) med både forskningsfaglig forståelse og bred teknisk ekspertise. Det betyder, at forskere kan få hjælp på mange forskellige niveauer - fra grundlæggende vejledning til specialiseret support inden for blandt andet HPC, GPU-computing, scientific software, forskningsworkflows, interaktiv dataanalyse, cloud computing, data management, databaser og fejlfinding i komplekse systemer.
Yen-Ting Chen,Ph.d.-studerende, SDU: yentingchen@biology.sdu.dk
Anne Rahbek-Damm: Kommunikationskonsulent, DeiC