Im Bereich der wissenschaftlichen Forschung und Erforschung stützt sich die Präsentation und Interpretation komplexer Daten traditionell stark auf visuelle Darstellungen. Mit dem Aufkommen innovativer Techniken hat sich jedoch der Einsatz von Ton und Musik zur Darstellung wissenschaftlicher Daten und biologischer Prozesse zu einem leistungsstarken Werkzeug entwickelt.

Durch die Nutzung der entscheidenden Rolle, die Sehen und Hören in der menschlichen Kommunikation und unserem Verständnis der Welt um uns herum spielen, bietet die Verwendung von Klang und Musik nicht nur Wissenschaftlern eine neue Perspektive, sondern auch eine neue Möglichkeit, wissenschaftliche Erkenntnisse mit Studenten und Schülern zu kommunizieren allgemeine Öffentlichkeit. Darüber hinaus dient es als wertvolles Hilfsmittel für Menschen mit Sehbehinderung.

Vom Verstehen Sternhelligkeit und Proteinfaltung zur Entschlüsselung Chemie des MeerwassersDieses Tool war maßgeblich an der Aufklärung einer Vielzahl wissenschaftlicher Phänomene beteiligt. Mittlerweile erstrecken sich die Anwendungen auch auf die effektive Kommunikation und den Austausch wertvoller Erkenntnisse aus Nutzpflanzenmodellen.

Pflanzenmodelle sind hochentwickelte computergestützte Werkzeuge, die das Wachstum, die Entwicklung und den Ertrag von Pflanzen unter verschiedenen Umweltbedingungen simulieren und vorhersagen. Sie integrieren verschiedene Parameter wie Klimadaten, Bodeneigenschaften, Pflanzeneigenschaften und Managementpraktiken, um wertvolle Erkenntnisse darüber zu liefern, wie Pflanzen auf verschiedene Stressfaktoren reagieren.

Ein neues Papier veröffentlicht in in silico Vorhandene Pflanzen neue Software, die Simulationen von Nutzpflanzen in Echtzeit visuell und akustisch darstellt.

Die Forscherin Simone Bregaglio und Kollegen vom Council for Agricultural Research and Economics entwickelten мандала, das in der Lage ist, pflanzenphysiologische Prozesse zu reproduzieren, um die Auswirkungen von Kälte-, Hitze- und Trockenstress auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen zu verstehen.

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In dieser Simulation für den Maisanbau in Rom ist Dürrestress als scharfe Vibratotöne der Violine zu hören und als Verzerrung des Umfangs der gelben Kreise zu erkennen. Am Ende der Vegetationsperiode ist eine Verringerung der Biomasse und des Ertrags durch Trockenstress zu beobachten.

Mandala Mit klassischen Saiteninstrumenten, die gemeinsam spielen, um wesentliche Informationen wie Produktionsniveau, Stressfunktionen und Blüte zu vermitteln, während eine Trommel schlägt, um den Lauf der Zeit anzuzeigen. „Die Musik wurde entsprechend der Bewegung der Saatkreise entwickelt, wobei für jede Produktionsstufe ein anderer Startton und ein anderes Musikinstrument zugewiesen wurden (Potenzial = C2, Kontrabass; kalt-limitiert = E2, hellblau; dürre-limitiert = G2, Bratsche; hitzebegrenzt = C3, Violine). Zu Beginn der Vegetationsperiode beginnen die vier Samen, Dreiklangakkorde zu spielen, die aus drei Tönen plus Unisono (Grundton, Terz und Quinte) bestehen. Wenn sie zu wachsen beginnen, vergrößern sich die zehn Außenkreise und weichen in einer Eröffnungsbewegung vom Mittelkreis ab und beginnen mit der Akkordskala-Progression in einer pentatonischen Tonleiter (von C2 + bis C4+). Wir haben uns für die pentatonische Tonleiter entschieden, da die Noten der pentatonischen Tonleiter in jeder Reihenfolge, in der sie gespielt werden, harmonisch sind. Es kommt in vielen Musiktraditionen vor und darüber hinaus haben viele frühere und zeitgenössische Musiker aus verschiedenen Kulturen die emotionale und therapeutische Kraft pentatonischer Tonleitern erkannt und ihre Eignung zur Vermittlung der Erzählung von Pflanzenstress betont. Auch die Verwendung klassischer Saiteninstrumente im Unisono steht im Einklang mit der symbolischen Darstellung des Erntezyklus und hat die Absicht, das Mandala als Akkordquartett darzustellen“, erklärt Carriero.

Klänge, die zur Abstraktion der Phänologie und des Wachstums von Nutzpflanzen verwendet werden. Die farbigen Noten auf dem Notensystem beziehen sich auf die vier Produktionsstufen (grün = Potenzial; hellblau = kältebegrenzt; gelb = dürrebegrenzt; rosa = hitzebegrenzt) und ihr Verlauf ist mit verschiedenen phänologischen Stadien (von der Aussaat) verknüpft bis zur Reife).

Es umfasst auch visuelle Kunst zur Darstellung von Daten. Vier Farben werden verwendet, um vier Pflanzen darzustellen: eine nicht gestresste Pflanze und Pflanzen, die Kälte-, Hitze- oder Trockenstress ausgesetzt sind. Visuelle Darstellungen zeigen Phänologie und physiologische Funktionen wie Stress, Photosynthese und Ertragsbildung.

Symbole zur Darstellung der Phänologie und des Wachstums von Nutzpflanzen sowie Veranschaulichung der Auswirkungen von Stress (rot) auf die Blüte (links) sowie den Ertrag und die Biomasse (rechts).

Mandala  Das Pflanzensimulationsmodell umfasst Standardpflanzenfunktionen wie die Nutzung von Wachstumsgradtagen zur Vorhersage der Entwicklungsrate, die Effizienz der Lichtabfangung und -nutzung sowie die Empfindlichkeit gegenüber Temperatur und Trockenheit. Die Simulationen basieren auch auf Umwelteinflüssen wie Licht, Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

Mithilfe dieser Informationen simuliert das Modell physiologische Prozesse, die Phänologie, Photosynthese und Ertragsbildung umfassen. Dabei werden insbesondere die Auswirkungen von Kälte-, Hitze- und Trockenstress auf das Pflanzenwachstum und die Pflanzenentwicklung hervorgehoben. Mithilfe des Modells konnten die Autoren vorhandene Ertragsdaten für Mais und Weizen über mehrere Standorte hinweg über einen Zeitraum von drei Jahren replizieren.

Die мандала Die Software kann kostenlos heruntergeladen werden von Zenodo. Um die Software nutzen, den Patch ändern und Daten bearbeiten zu können, müssen Benutzer zunächst die kostenlose Version herunterladen vvvv-Software. Zu den anpassbaren Ressourcen gehören der vvvv-Patch, die Audiodateien, der Quellcode des Zuschneidemodells mit einer Beispielkonsolenanwendung und eine R-Datei zur Analyse und Visualisierung der Modellergebnisse.

Benutzer können die grafische Benutzeroberfläche nutzen, um zu beurteilen, wie sich eine Änderung der Dauer der Erntezyklen und anderer entscheidender Faktoren auf den Gesamtertrag auswirkt. Auch der Quellcode selbst kann angepasst werden. Benutzer können beispielsweise zusätzliche Zuschnitte hinzufügen und visuelle und akustische Elemente ändern.  

Durch die Kombination von akustischen Hinweisen mit visuellen Darstellungen, мандала bietet eine einzigartige und umfassende Erfahrung zum Verständnis des Wachstums und der Entwicklung von Nutzpflanzen. Dieser innovative Ansatz verbessert die wissenschaftliche Kommunikation und bietet wertvolle Einblicke in die Auswirkungen von Umweltfaktoren auf Ernteerträge.

DER ARTIKEL::

Simone Bregaglio, Giulia Carriero, Roberta Calone, Maddalena Romano, Sofia Bajocco, Spielen eines Erntesimulationsmodells mit Symbolen und Geräuschen: das „мандала' in silico Pflanzen, Band 6, Ausgabe 1, 2024, diad023, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad023

Die мандала Die Software kann kostenlos heruntergeladen werden unter https://zenodo.org/records/10210150.