Undervandsrobot sporer giftige alger i Lake Erie

Microcystin er et grimt toksin, der kan forårsage hudreaktioner, maveproblemer, og endda leverskader. Det er produceret af en lille blågrøn alge (cyanobakterier) kaldet Microcystis, som formerer sig som en gal i varme, næringsrigt vand. Desværre, Microcystis-opblomstringer bliver stadig mere almindelige i De Store Søer, som giver drikkevand til millioner af mennesker. I denne måned tester forskere fra MBARI og National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) en ny undervandsrobot, der vil svømme rundt om Lake Erie og måle mængden af ​​mikrocystin og alger i vandet, og sende sine resultater tilbage til kysten i realtid.

Robotten er en af ​​MBARIs langtrækkende autonome undervandsfartøjer (LRAUV'er). Med en diameter på omkring 30 centimeter (en fod) og 230 centimeter (7,5 fod) lang, det ligner en lille, gul og orange torpedo. Men den er meget langsommere end en torpedo og er designet specielt til at tilbringe uger i vandet for at indsamle videnskabelige data.

I de sidste otte år, MBARIs videnskabsmænd og ingeniører har bygget LRAUV'er og brugt dem til at studere mikroskopiske alger og havkemi ud for Californiens kyst. I 2018, de byggede en ny LRAUV, der bærer et robotbiokemisk laboratorium. Dette automatiserede laboratorium kaldes en tredje generations Environmental Sample Processor (3G ESP). Mens LRAUV bevæger sig gennem vandet, opsamler 3G ESP prøver af vand, filtrerer dem, og behandler derefter prøverne for at påvise mikroskopiske organismer eller toksiner såsom mikrocystin. Efter at have analyseret prøverne, 3G ESP kan sende sine resultater til videnskabsmænd på land via satellitforbindelse.

MBARI-ingeniører har arbejdet på 3G ESP i omkring fem år. Dette forår markerede sin første store test, med LRAUV'er, der bærer 3G ESP'er i det åbne hav ud for Hawaii for at indsamle prøver af de mikroskopiske alger, der understøtter åbent hav fødevæv. I slutningen af ​​juli 2018 indsamlede en lignende LRAUV skadelige alger og overvågede algetoksiner i det kolde vand i Monterey Bay. Nu bliver det samme køretøj brugt til at overvåge mikrocystin i vandet i Lake Erie.

Fordi så mange byer får deres drikkevand fra de store søer, NOAA udsender allerede prognoser, der forudsiger, hvor og hvornår skadelige algeopblomstringer sandsynligvis vil producere mikrocystin. Forskere håber, at data fra LRAUV'er i sidste ende vil hjælpe med disse prognoser. Som Steve Ruberg, en videnskabsmand ved NOAA's Great Lakes Environmental Research Laboratory, påpegede, "At få information om, hvor dybt toksiner fra en skadelig algeopblomstring går, og hvor tæt de er på kommunale vandindtagsrør, kan hjælpe NOAA med at forbedre prognoser og beslutningsstøtteværktøjer, som Great Lakes-samfund er afhængige af."

MBARI-ingeniører implementerede en andengenerationsversion af ESP i Lake Erie i 2017. I løbet af det sidste år, dette instrument har målt mikrocystinkoncentrationer fra en fortøjning omkring 6,5 kilometer (fire miles) vest for hovedindtaget af drikkevand til byen Toledo, Ohio.

2018-projektet involverer flere "firsts". Det er første gang, at MBARIs autonome køretøjer vil finde vej rundt i et relativt lavt vandområde såsom Lake Erie, som i gennemsnit er omkring 19 meter (62 fod) dyb. Det er også første gang, at MBARIs 3G ESP er blevet udstyret med automatiserede instrumenter til at detektere mikrocystin.

Efter at have søsat LRAUV fra en lille båd, forskere vil vende tilbage til kysten for at overvåge dens fremskridt. Robotten vil forblive under vandet det meste af tiden, men dukker op med jævne mellemrum for at lade forskerne vide, hvor det er, og hvad det "ser". Det vil også indsamle og bevare vandprøver til senere analyse på land.

Mikrobiologer vil udtrække DNA fra disse bevarede prøver for at finde ud af ikke kun Microcystis, men hele samfundet af mikrober i søen. Dette vil hjælpe dem med at forstå de forhold, der bidrager til farlige algeopblomstringer.

"Denne tilgang er unik i den forstand, at vi fusionerer elementer af robotteknologi, biokemi, og fritgående autonome systemer, " sagde Chris Scholin, præsident for MBARI og opfinder af Environmental Sample Processor. "Vores mål er at detektere og spore toksiner, når de ændrer sig over tid og rum. På denne måde vil vi ikke være afhængige af faste sensorer og af at sende folk til at indsamle prøver og derefter behandle dem. Ved at fremme den nyeste teknologi inden for mobiltoksin- detektionsevne, vi håber med tiden at give nye muligheder for ressourceforvaltere og offentlige sundhedsagenturer."