Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Первые мгновения фотосинтеза рассчитали на суперкомпьютере

04.10.2018 Hi-tech

Фотосинтез у животных и растений — процесс поглощения реакционным центром организма энергии квантов света с её накоплением и конвертацией в химическом виде. Синтезированные органические вещества позже являются топливом во внутриклеточных реакциях.

Реакционный центр — громадной протеиновый суперкомплекс со множеством фотособирающих антенн. Учёные до сих пор изучаютего функциональность и строение. Может, когда-нибудь окажется сделать неестественный аналог с таким же высоким КПД.

Совместная несколько учёных из университета Страны Басков (Испания), университета Барселоны (Испания), Ливерморской национальной лаборатории (США, Галле-Виттенбергского университета (Германия), университета Льежа (Бельгия) и Коимбрского университета (Португалия) внесла свою лепту в это изучение, изучив строение фотособирающих комплексов LHC-II (Light Harvesting Complex II) с хлорофиллом. Симуляцию LHC-II запустили на нескольких замечательнейших суперкомпьютерах Европы в один момент.

Более детально о создании кода программы Octopus для распределённой сети суперкомпьютеров рассказывается в второй научной статье. Разработчикам удалось создать точную компьютерную модель процессов квантовой механики, происходящих в реакционном комплексе на протяжении фотосинтеза.

Схема комплекса LHC-II для сбора световой энергии: хлорофилл a продемонстрирован бирюзовым цветом, хлорофилл b – зелёным

Первые мгновения фотосинтеза рассчитали на суперкомпьютере

На иллюстрации внизу продемонстрирован пример упрощённой симуляции, адаптивная сетка для молекулы хлорофилла a с расстоянием между узлами 0,5 A и радиусом 2,5 A. Любой цвет соответствует области, которую возможно перенести для вычисления на отдельный процессор для массивного параллельного обсчёта на одном либо нескольких суперкомпьютерах в один момент.

Комплекс LHC-II трудится на начальной стадии фотосинтеза у растений и складывается из 17 000 атомов. Доподлинно не известно, как конкретно идут квантовые процессы в этом комплексе при поступлении фотона, не смотря на то, что имеется надёжные теории на данный счёт.

Благодаря распараллеливанию процесса учёные смогли запустить эмуляцию сходу на нескольких суперкомпьютерах, каковые трудились параллельно. В опыте принимали участие германский суперкомпьютер Juqueen (458 752 вычислительных ядра), итальянский Fermi (163 840 ядер), германский Hydra (65 320 ядер), каталонский MareNostrum III (48 896 ядер) и другие суперкомпьютеры, установленные в европейских университетах.

Основной целью было оптимизировать код Octopus, изучить его в настоящей распределённой совокупности и подобрать верные параметры работы программы. Симуляция целой молекулы LHC-II — нереальная задача, исходя из этого учёные применяли модели с 5759, 4050 и 6075 атомами. На сегодня это самая масштабная симуляция процесса фотосинтеза в комплексе LHC-II.

Благодаря опыту удалось подтвердить теорию, которая обрисовывает реакцию фотосинтеза в LHC-II в первые 15 фемтосекунд по окончании поступления фотона.

Благодаря закону оптимизации и Мура кода Octopus имеется надежда, что не так долго осталось ждать станет вероятно эмулировать процесс фотосинтеза для полноценной молекулы со всеми 17 000 атомов. Более того, свободное ПО Octopus смогут применять учёные из других государств для распределённых симуляции и вычислений вторых молекул, кроме LHC-II.

Результаты научной работы размещены в статье Insights into colour-tuning of chlorophyll optical response in green plants:[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26250099] в издании Physical Chemistry Chemical Physics 17 июля 2015 года, статья находится в открытом доступе (pdf).

Гай Юлий Орловский — Любовные чары №5| Юджин – повелитель времени (Озвучка СР Максим)


Похожие статьи, которые вам понравятся: