Et autonomt køretøj kombineret med et robotlaboratorium beviser sit værd

Hver dråbe havvand indeholder tusindvis af celler, der kan afsløre mangfoldigheden af ​​livet i vores hav. Ved hjælp af et selvstændigt robotlaboratorium og et autonomt undervandsfartøj, MBARI -forskere og ingeniører udvikler avancerede indsamlingsteknikker, der en dag kan forenkle biologernes og ressourceforvalternes job.

En nylig undersøgelse bekræfter, at autonomt indsamlede prøver af miljø-DNA (eDNA) svarer til prøver indsamlet af mennesker, der bruger traditionelle, manuelle metoder. eDNA refererer til alt det DNA, der kan ekstraheres fra en miljøprøve, herunder fra et utal af mikroorganismer og større dyr via hudpartikler, slim, og spild, som de kaster.

En voksende mængde forskning indikerer, at dyrelivsundersøgelser ved hjælp af eDNA-analyser kan være lige så (eller mere) nøjagtige end blot at bruge traditionelle metoder. Som sådan, eDNA-vurderinger ser ud til at tilbyde et meget lovende og omkostningseffektivt middel til overvågning af biodiversitet, som præsenterer et attraktivt forslag for forskere såvel som ressourceforvaltere, der studerer havøkosystemer.

Tidligere forskning på dette område har fokuseret på prøveudtagningsspecifikationer, såsom de typer af filtre, der bruges til at koncentrere eDNA fra vandprøver eller metoderne til at analysere og fortolke eDNA-signaler fundet i disse prøver. Det er stadig en stor udfordring at forstå, hvordan forskere kan anvende eDNA-analytiske teknikker over store havområder eller over lange perioder. På nuværende tidspunkt, eDNA-undersøgelser i åbent hav kræver omfattende skibstid, som er dyrt, arbejdskrævende, og begrænsende.

For at løse disse problemer, forfatterne af den nye undersøgelse brugte en ny generation af MBARI's Environmental Sample Processor (ESP) og parrede den med MBARI's langtrækkende autonome undervandsfartøj (LRAUV).

ESP er et kompakt robotlaboratorium, der automatiserer indsamling og behandling af vandprøver. Den version, der bruges i denne undersøgelse, kan erhverve op til 60 prøver. LRAUV'en bærer instrumentet, giver den mulighed for at bevæge sig frit i havet i dage til uger fra overfladen til 300 meters (984 fod) dybde, mens den indsamler prøver på bestemte tidspunkter eller under specifikke miljøforhold. Resultatet:et system, der muliggør eDNA-opsamling til søs uden menneskelig tilstedeværelse i marken.

"Sammensmeltningen af ​​robotteknologi, DNA -analyse og marine operationer vil føre til en transformation i, hvordan vi laver havvidenskab, og dette eDNA -arbejde er kun begyndelsen, "sagde Jim Birch, der fører tilsyn med MBARI-gruppen, der udviklede ESP.

Forskernes mål var at sammenligne ESP's evne til automatisk at indsamle prøver i forhold til etablerede protokoller, der er afhængige af menneskelige hænder. Prøver til disse tests kom fra Kelp Forest Exhibit ved Monterey Bay Aquarium og fra selve Monterey Bay.

Undersøgelsen så på DNA fra små organismer som mikrober og planteplankton samt større dyr som krill og ansjos. Holdet testede også effektiviteten af ​​ESP til at bevare DNA-prøver, der forbliver ombord på LRAUV'en, mens den er på havet.

"Det første trin i at 'stole' robotkollektioner er at vise, at de giver resultater svarende til traditionelle metoder. Dette arbejde er en spændende bekræftelse på det første kritiske trin, "Sagde Birch.

For prøverne, der indsamles og opbevares automatisk, eDNA-koncentrationerne var næsten lig med dem, der blev indsamlet ved manuelle metoder for både de mindre mikrober og fytoplankton såvel som de større krill og ansjoser. ESP-bevarede prøver af eDNA viste ingen forskelle i koncentration for nogen af ​​de testede organismer over en 21-dages tidsramme - hvor lang tid LRAUV'en kan være udsat og væk fra kysten.

"The LRAUV is a nimble approach to ecosystem assessment. The instrument can be deployed day or night and in foul weather, allowing rapid response to events, " said Kelly Goodwin, a coauthor of the study from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). "Because a big, expensive ship is not required, samples might be collected more often. Better sample coverage could aid models and forecasts, which help keep waters and seafood safe and help sustain the services we get from the ocean, like fishing."

The ability to collect DNA in a more cost-effective (and time-effective) manner has the potential to revolutionize the way we approach ocean science and ecosystem monitoring. From studies of open-ocean eddies to rivers and lakes, automated sample collection and analytical systems offer opportunities for furthering our understanding of ocean processes, as well as tracking managed, invasive, or harmful species.

"This study demonstrates the ability to collect eDNA samples autonomously to make observations of complex biological processes at fine-scale temporal and spatial resolutions that are not possible to accomplish today using conventional sampling methods, " concluded MBARI Research Specialist Kevan Yamahara.