Καθώς τα κατοικίδια αποτελούν πλέον αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινής οικογενειακής ζωής, οι επιστήμονες θέτουν ένα νέο, αναπάντεχο ερώτημα: θα μπορούσαν οι τρίχες που χάνουν οι σκύλοι και οι γάτες μας να βοηθήσουν στην αποκάλυψη των χημικών ρύπων που κυκλοφορούν μέσα στα σπίτια μας;
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Artificial Intelligence & Environment δείχνει ότι η απάντηση είναι θετική. Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα έξυπνο σύστημα «μη στοχευμένης διαλογής», το οποίο συνδυάζει την εξόρυξη κειμένου (text mining), τη μηχανική μάθηση και τη φασματομετρία μάζας υψηλής ανάλυσης, με σκοπό να χαρτογραφήσει το «χημικό σύμπαν» των ρύπων που εντοπίζονται στις τρίχες των κατοικίδιων και στην οικιακή σκόνη. Η μελέτη αποδεικνύει ότι οι τρίχες των ζώων μπορούν να λειτουργήσουν ως ένας συμπληρωματικός δείκτης έκθεσης, βοηθώντας τους επιστήμονες να κατανοήσουν τα πολύπλοκα μείγματα ρύπων που συνυπάρχουν στο κοινό περιβάλλον ανθρώπων και ζώων.
Το σπίτι ως δυναμικό χημικό περιβάλλον
«Τα σύγχρονα νοικοκυριά δεν είναι απλοί εσωτερικοί χώροι. Είναι δυναμικά χημικά περιβάλλοντα που διαμορφώνονται από τα δομικά υλικά, τα καταναλωτικά προϊόντα, τις ανθρώπινες δραστηριότητες και, όλο και περισσότερο, από τα ζώα συντροφιάς», εξηγεί ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Fei Cheng. «Η έρευνά μας δείχνει ότι οι τρίχες των κατοικίδιων μπορούν να παγιδεύσουν πολλά από τα ίδια σήματα ρύπων που βρίσκουμε στην οικιακή σκόνη, προσφέροντας έναν νέο τρόπο να κατανοήσουμε την έκθεση σε χημικά μέσα σε σπίτια όπου άνθρωποι και ζώα ζουν σε στενή επαφή».
Για να το επιτύχει αυτό, η επιστημονική ομάδα ξεκίνησε αναλύοντας 16.692 δημοσιεύσεις σχετικές με την εσωτερική ατμοσφαιρική ρύπανση. Από αυτόν τον τεράστιο όγκο βιβλιογραφίας, απομόνωσε 3.684 χημικές ουσίες που σχετίζονται με εσωτερικούς χώρους και δημιούργησε μια βιβλιοθήκη μοριακών ιόντων με 2.661 ενώσεις. Παράλληλα, χρησιμοποιώντας τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και συνελικτικά νευρωνικά δίκτυα καψουλών (convolutional capsule neural networks), οι ερευνητές δημιούργησαν μια διαγνωστική βιβλιοθήκη ιόντων. Αυτά τα εργαλεία εφαρμόστηκαν στη συνέχεια σε δεδομένα φασματομετρίας μάζας από 14 δείγματα τριχών κατοικίδιων και 10 δείγματα οικιακής σκόνης.
28 φορές περισσότερες χημικές ενώσεις σε μισό χρόνο
Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά. Σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους ανάλυσης, η χρήση των εξειδικευμένων βιβλιοθηκών της AI αύξησε τον αριθμό των αναγνωρισμένων χημικών ενώσεων στις κύριες κατηγορίες έως και 28 φορές, ενώ παράλληλα μείωσε τον χρόνο ανάλυσης κατά περίπου 47 φορές. Αυτό σημαίνει ότι η συγκεκριμένη προσέγγιση μπορεί να καταστήσει τον έλεγχο των περίπλοκων χημικών ουσιών στους εσωτερικούς χώρους ταχύτερο, ευρύτερο και πιο αντιπροσωπευτικό για τα πραγματικά σενάρια έκθεσης.
Η μη στοχευμένη διαλογή αποκάλυψε ότι οι τρίχες των κατοικίδιων και η οικιακή σκόνη μοιράζονται περισσότερο από το 50% των μοριακών τους χαρακτηριστικών. Και οι δύο δείκτες εμφάνισαν παρόμοιο χημικό προφίλ, στο οποίο κυριαρχούσαν:
- Χημικά προϊόντα εμπορικής και βιομηχανικής χρήσης
- Φαρμακευτικά προϊόντα και είδη προσωπικής φροντίδας
- Επιβραδυντικά φλόγας και εντομοκτόνα
- Πρόσθετα τροφίμων και προϊόντα χημικής μετατροπής
Τα ευρήματα αυτά υποδηλώνουν ότι οι τρίχες των ζώων δεν αποτελούν απλώς μια ξεχωριστή «δεξαμενή» ρύπων, αλλά αντανακλούν τις ίδιες ακριβώς πηγές χημικών που μολύνουν και τη σκόνη του σπιτιού.
Ποιες ουσίες «μαγνητίζουν» οι τρίχες
Με τη βοήθεια της μηχανικής μάθησης, οι ερευνητές προσδιόρισαν τις μοριακές ιδιότητες που ευνοούν τη συσσώρευση των ρύπων. Οι βασικοί παράγοντες περιλαμβάνουν την υδροφοβικότητα, τις ιδιότητες που σχετίζονται με τον ιονισμό, τον αριθμό των αρωματικών ατόμων, τη μοριακή ευκαμψία και την πολικότητα. Σε απλούστερους όρους, οι ενώσεις που είναι μέτρια υδρόφοβες, αδύναμα πολικές, ελάχιστα διαλυτές στο νερό και δομικά κατάλληλες για να προσκολλώνται σε επιφάνειες πλούσιες σε οργανική ύλη, είναι πιο πιθανό να συσσωρευτούν τόσο στη σκόνη όσο και στις τρίχες των κατοικίδιων.
Αυτό το εύρημα έχει σημαντικές προεκτάσεις για την επιστήμη της περιβαλλοντικής έκθεσης. Η οικιακή σκόνη χρησιμοποιείται εδώ και χρόνια για την αξιολόγηση της μόλυνσης στα σπίτια, όμως οι τρίχες των κατοικίδιων μπορούν να προσφέρουν επιπλέον γνώση: πρόκειται για ένα βιολογικό υλικό που βρίσκεται σε παρατεταμένη επαφή με τον εσωτερικό αέρα, τη σκόνη, τα έλαια του δέρματος και τις επιφάνειες του σπιτιού.
Οι συγγραφείς της μελέτης επισημαίνουν ότι απαιτούνται μεγαλύτερες έρευνες στο μέλλον, καθώς η τρέχουσα εργασία βασίστηκε σε ομαδοποιημένα δείγματα, κάτι που ενδέχεται να κρύβει τις διαφορές από σπίτι σε σπίτι ή από ζώο σε ζώο. Παρόλα αυτά, το πείραμα αποδεικνύει τη δυναμική ενός ισχυρού νέου πλαισίου για τη μελέτη των αναδυόμενων σεναρίων χημικής έκθεσης.
«Συνδυάζοντας την τεχνητή νοημοσύνη με τη χημική ανάλυση υψηλής ανάλυσης, μπορούμε να ξεπεράσουμε τις προκαθορισμένες λίστες ρύπων και να ανακαλύψουμε ένα πολύ ευρύτερο φάσμα χημικών ουσιών που μπορεί να επηρεάζουν την υγεία μας στους εσωτερικούς χώρους», κατέληξε ο Cheng. «Οι τρίχες των κατοικίδιων προσφέρουν έναν πολλά υποσχόμενο και πρακτικό τρόπο για τη μελλοντική περιβαλλοντική παρακολούθηση, ειδικά σε νοικοκυριά όπου άνθρωποι και ζώα μοιράζονται τον ίδιο ζωτικό χώρο κάθε μέρα».
πηγή: eurekalert.org