Vi kan bli nødt til å tilpasse oss en verden vi ikke hadde forutsett, og husdyrene våre vil måtte skifte beite over natta. Virtuelle eksperimenter kan brukes som et effektivt verktøy for å teste ut forskjellige oppskrifter på dyrefôr. Resultatene fra slike eksperimenter kan hjelpe oss med å velge det fôret som gir best vekstvilkår og dyrevelferd til lavest pris og med lavest karbonavtrykk.

Nylig publiserte forskere ved Norges miljø- og biovitenskaplige universitet (NMBU) den første matematiske modellen av laksens stoffskifte. Stoffskiftet, også kalt metabolismen, er prosessene som bryter ned næringsstoffer til byggeklosser og setter dem sammen til molekylene kroppen består av.

Forskningsprosjektet DigiSal – den digitale laksen – har utviklet et dataprogram som beskriver næringsstoffenes vei fra fôr til filet. Denne digitale laksemodellen gjør det for eksempel mulig å regne på hvordan ulike fôr kan nyttiggjøres i laksens stoffskifte. Modeller som denne kan spille en viktig rolle i fremtidens matforsyning.

Et værvarsel for fôringredienser

Hvilke sko bør man velge før man går ut av døra? Og hvilke tiltak bør samfunnet gjennomføre for å forhindre at helsevesenet kollapser? Værvarselet bygger på studier av digitalt simulert vær, mens smittevernanbefalinger og -tiltak bygger på digitale smittesituasjoner. Slike digitale simuleringer kalles ofte modeller. Vi har bare én virkelighet, men matematiske modeller gir oss tilgang til å studere flere mulige scenarier.

Modeller har for eksempel blitt brukt til å gi indikasjoner på hvordan forskjellige virusvarianter kombinert med ulike anbefalinger og tiltak vil påvirke samfunnet.

Hvilke tiltak som vil gjøre susen påvirkes av om det dukker opp nye virusvarianter, hvor god beskyttelse befolkningen har mot disse nye variantene, hvor smittsomme de er og hvor farlige de er.

I tillegg til prognoser for værvarselet og smittespredning, kan matematiske modeller spille en viktig rolle for fremtidens bærekraftige matsystemer. Den digitale laksen gir innblikk i hvordan næringsstoffer omsettes i laksens stoffskifte.

Dette kan brukes til å finne nye kombinasjoner av ingredienser som kan gi fôr som er mer bærekraftige, mer lønnsomme og bedre tilpasset laksens næringsbehov. I den publiserte forskningsartikkelen ble modellen benyttet både til å sammenlikne ulike proteinkilder og til å forutsi tilsetninger for bedre utnyttelse av fôret.

Åpen, tilgjengelig forskning

Den digitale laksen har som mål å gjøre prosjektets modeller og verktøy tilgjengelige for alle som har nytte av det. Derfor ligger programkoden og modellen åpent tilgjengelig, med utviklingshistorikk og karakterisering av modellens egenskaper.

Modellen omtaler virkelige fenomener, og kan brukes til å tolke resultater fra forskningseksperimenter, men selv om datamaskiner er smarte på noen måter, er de ganske dumme på andre, og de kan ha problemer med å holde orden på hva som er hva.

For å ta hensyn til dette finnes det standardiserte navn og uttrykk for og om livets byggeklosser. Derfor er modellen knyttet opp mot relevante databaser som gjør det mulig å holde orden på hva den representerer. Forskningsresultater som snakker samme språk som modellen vil også kunne sammenliknes med hverandre, som vil gjøre det mulig å forske videre basert på tilgjengelig informasjon.

Mer innsikt fra hvert forsøk

Simulering åpner for å gjennomføre flere forsøk til lavere kostnad, både når det gjelder økonomi og dyrevelferd.

Dyreforsøk vil nok ikke fullstendig erstattes av virtuelle eksperimenter med det første, men bruk av simulering kan bidra til at vi gjør de rette forsøkene, og får mer kunnskap ut av dem.

Bruk av modeller i forkant av et forsøk kan avdekke hvilke forsøk som gir mening å utføre og ikke. Å inkludere modellering i forskningsprosjekter kan både berike resultatene og kvalitetssikre at dataene er brukbare i fremtiden.

Åpen buffet og samliv med bakterier

Modellen av laksens stoffskifte omfatter allerede hundrevis av kjemiske reaksjoner, og flere skal det bli. Det er et pågående arbeid å utvide modellens repertoar av prosesser som bryter ned og bygger opp molekyler.

Prosjektet vil også knytte modellen opp mot databaser over ingredienser i dyrefôr for å komponere bærekraftige fôroppskrifter, tilpasset hvilke råstoff som er tilgjengelig og laksens stoffskifte. Som hos mennesker, er tarmbakterier en viktig del av laksens fordøyelsessystem, og er tett knyttet til helsen.

Hvilke bakterier som finnes i tarmen, og hvordan de samhandler med hverandre og laksens egne celler lar seg også beskrive på liknende måter. Modellering av stoffskiftet kombinert med tarmflora og mulige fôringredienser vil være viktig for å ruste både laksen og andre husdyr mot fremtidens utfordringer.

Vil du vite mer om den digitale laksen? Se denne animasjonsfilmen om prosjektet:

Referanse:

Maksim Zakhartsev, Filip Rotnes mfl.: SALARECON connects the Atlantic salmon genome to growth and feed efficiency. PLOS Computational Biology, 2022. Doi.org/10.1371/journal.pcbi.1010194

Forskersonen er forskning.nos side for debatt og populærvitenskap