AI Mengungkap Rahasia Beracun yang Mengintai di Sungai

Para peneliti telah mengembangkan metode baru menggunakan AI untuk mengidentifikasi campuran bahan kimia berbahaya di sungai, dengan fokus pada pengaruhnya terhadap Daphnia, organisme akuatik yang sensitif.

Studi ini, yang mencakup kolaborasi internasional, dapat secara signifikan meningkatkan pemantauan dan perlindungan lingkungan dengan memberikan wawasan mengenai gabungan toksisitas polutan kimia.

AI dalam Perlindungan Lingkungan

Kecerdasan buatan (AI) mengubah cara para ilmuwan memahami dampak campuran bahan kimia di sungai, menawarkan alat baru untuk perlindungan lingkungan.

Peneliti di Universitas Birmingham telah mengembangkan metode berbasis AI untuk mendeteksi bahan kimia berbahaya di sungai dengan menganalisis dampaknya terhadap makhluk air kecil yang disebut kutu air (Daphnia). Organisme ini sangat sensitif terhadap perubahan kualitas air, menjadikannya indikator kesehatan lingkungan yang ideal.

Tim peneliti berkolaborasi dengan para ahli dari Research Center for Eco-Environmental Sciences (RCEES) di Tiongkok dan Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ) di Jerman. Bersama-sama, mereka mempelajari sampel air dari sistem Sungai Chaobai dekat Beijing, yang terkontaminasi polutan dari sumber pertanian, rumah tangga, dan industri. Upaya bersama ini menyoroti potensi AI dalam mengungkap bahaya lingkungan dan meningkatkan keamanan air.

Memajukan Teknik Pemantauan

Profesor John Colbourne adalah direktur Pusat Penelitian dan Keadilan Lingkungan Universitas Birmingham dan salah satu penulis senior makalah ini. Dia menyatakan optimisme bahwa, dengan memanfaatkan temuan awal ini, teknologi tersebut suatu hari nanti dapat digunakan untuk memantau air secara rutin untuk mencari zat beracun yang mungkin tidak terdeteksi.

Dia berkata: “Ada banyak sekali bahan kimia di lingkungan. Keamanan air tidak dapat dinilai satu per satu. Sekarang kami memiliki sarana untuk memantau keseluruhan bahan kimia dalam sampel air dari lingkungan untuk mengungkap zat-zat yang tidak diketahui yang bertindak bersama-sama sehingga menghasilkan racun bagi hewan, termasuk manusia.”

Hasilnya, dipublikasikan di Ilmu dan Teknologi Lingkunganmengungkapkan bahwa campuran bahan kimia tertentu dapat bekerja sama untuk mempengaruhi proses biologis penting dalam organisme akuatik, yang diukur berdasarkan gen mereka. Kombinasi bahan-bahan kimia ini menimbulkan bahaya lingkungan yang berpotensi lebih besar dibandingkan jika bahan-bahan kimia tersebut ada secara terpisah.

Memanfaatkan Indikator Biologis

Tim peneliti menggunakan kutu air (Daphnia) sebagai organisme uji dalam penelitian tersebut karena krustasea kecil ini sangat sensitif terhadap perubahan kualitas air dan berbagi banyak gen dengan spesies lain. jenismenjadikannya indikator yang sangat baik mengenai potensi bahaya lingkungan.

“Pendekatan inovatif kami memanfaatkan Daphnia sebagai spesies penjaga untuk mengungkap potensi zat beracun di lingkungan,” jelas Dr. Xiaojing Li, dari Universitas Birmingham (UoB) dan penulis utama studi ini. “Dengan menggunakan metode AI, kami dapat mengidentifikasi bahan kimia mana yang mungkin sangat berbahaya bagi kehidupan akuatik, bahkan pada konsentrasi rendah yang biasanya tidak menimbulkan kekhawatiran.”

Jiarui Zhou, juga di Universitas Birmingham dan salah satu penulis makalah ini, yang memimpin pengembangan algoritma AI, mengatakan: “Pendekatan kami menunjukkan bagaimana metode komputasi canggih dapat membantu memecahkan tantangan lingkungan yang mendesak. Dengan menganalisis sejumlah besar data biologi dan kimia secara bersamaan, kita dapat memahami dan memprediksi risiko lingkungan dengan lebih baik.”

Pendekatan Ekotoksikologi Perintis

Profesor Luisa Orsini, penulis senior studi lainnya, menambahkan: “Inovasi utama studi ini terletak pada pendekatan kami yang berbasis data dan tidak memihak untuk mengungkap bagaimana konsentrasi campuran bahan kimia yang relevan terhadap lingkungan dapat menyebabkan kerusakan. Hal ini menantang ekotoksikologi konvensional dan membuka jalan bagi adopsi regulasi spesies penjaga Daphnia, serta metodologi pendekatan baru.”

Dr. Timothy Williams dari Universitas Birmingham dan rekan penulis makalah ini juga mencatat bahwa: “Biasanya, penelitian toksikologi perairan menggunakan konsentrasi tinggi suatu bahan kimia untuk menentukan respons biologis terperinci atau hanya menentukan efek apikal seperti kematian dan perubahan reproduksi. setelah terpapar sampel lingkungan. Namun, penelitian ini membuat terobosan baru dengan memungkinkan kami mengidentifikasi kelas-kelas utama bahan kimia yang mempengaruhi organisme hidup dalam campuran lingkungan asli dengan konsentrasi yang relatif rendah sekaligus mengkarakterisasi perubahan biomolekuler yang ditimbulkan.”

Temuan ini dapat membantu meningkatkan perlindungan lingkungan dengan:

• Mengidentifikasi kombinasi bahan kimia yang sebelumnya tidak diketahui yang menimbulkan risiko bagi kehidupan akuatik
• Memungkinkan pemantauan lingkungan yang lebih komprehensif
• Mendukung peraturan yang lebih tepat mengenai pembuangan bahan kimia ke saluran air

Referensi: “Profil Bioaktivitas Campuran Kimia untuk Karakterisasi Bahaya” oleh Xiaojing Li, Jiarui Zhou, Yaohui Bai, Meng Qiao, Wei Xiong, Tobias Schulze, Martin Krauss, Timothy D. Williams, Ben Brown, Luisa Orsini, Liang-Hong Guo dan John K. Colbourne, 20 Desember 2024, Sains & Teknologi Lingkungan.
DOI: 10.1021/acs.est.4c11095

Penelitian ini didanai oleh Royal Society International Collaboration Award, program penelitian dan inovasi Horizon 2020 Uni Eropa, dan program Masyarakat Inovasi Dewan Penelitian Lingkungan Alam.