Havrobotter tager pulsen på vores planet ved at måle mikrober

Det ligner en skraldespand, der dupper i vandet ud for Californiens kyst. Men det er næppe skrald. Faktisk, det kan spille en nøglerolle i overvågningen af ​​vores haves sundhed.

Vitale tegn? Sundheden for havenes mindste beboere - fytoplankton.

Fra kiselalger indkapslet i glas til dinoflagellater, der kan forårsage giftige algeopblomstringer, Planteplankton er en mangfoldig gruppe af alger, der lever i havet. De tjener som basen i havets fødekæde og er ansvarlige for at cirkulere næringsstoffer i vandet og producere ilt gennem fotosyntese.

"Et ud af hvert andet åndedrag af ilt, du tager, kommer fra planter i havet, og det meste af tiden tænker folk ikke på dem, fordi de er mikroskopiske, " sagde Bethany Kolody, en kandidatstuderende forsker ved Scripps Institution of Oceanography i San Diego.

Men mangfoldigheden af ​​fytoplankton gør det vanskeligt at forudsige, hvordan de vil reagere på ændringer i havet - især dem, der skyldes global opvarmning - og hvordan deres reaktioner vil påvirke havets sundhed som helhed.

En tilstrømning af næringsstoffer til et bestemt område kan sætte skub i en massiv algevækst. Ændring af vandtemperaturer kan ændre fordelingen af ​​tilgængelige fødekilder. Pletter af havet kan absorbere kuldioxid og forsure.

Alle disse ændringer kræver, at planteplankton reagerer på nye pres. Desværre, Det kan være lidt af en udfordring at aflytte dem.

Hvis forskerne ikke tilfældigvis har en ekspedition planlagt, når en af ​​disse havbegivenheder finder sted, det kunne lige så godt ikke være sket, sagde Andrew Allen, en mikrobiel oceanograf og økolog ved Scripps.

"Du skal virkelig være på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt for at prøve, " han sagde.

En løsning kan komme i form af "et laboratorium i en dåse, " sagde molekylærbiolog Chris Scholin, præsident og administrerende direktør for Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Det er en oceangående robot, der bringer værktøjerne fra et molekylærbiologisk laboratorium til havet.

Denne robot, kaldet Environmental Sample Processor – eller ESP for kort – blev udviklet for omkring 15 år siden af ​​Scholin og hans team hos MBARI.

Scholin kom på ideen, mens han studerede skadelig algeopblomstring i Maine-bugten.

"Jeg blev bare blæst bagover af, hvordan folk ville gå til havet og sætte instrumenter i vandet, og de kunne fortælle dig alt, hvad der foregik, " sagde han. "Men da det blev tid til rent faktisk at tælle de giftige alger til folkesundhedsformål og forskning, det ville tage os dage."

Så Scholin og hans kolleger gik i gang.

Først, de skulle finde ud af, hvad det ville tage at konstruere og konstruere denne havrobot.

Indsamling af vandprøver under vandet, hvor trykket er højere end det er på land, var en forhindring. At tage en prøve, der er stor nok til at fylde en husholdningsspand og kondensere den til blot et par dråber til molekylær analyse, var en anden.

Når prøverne blev indsamlet, robotten skulle være i stand til at indsamle og opbevare genetisk materiale fra havmikrober uden at nedkøle eller fryse dem.

"Det var et lidt større arbejde, end jeg troede, det var, " sagde Scholin.

Efter omfattende forskning og test, ESP'en, der debuterede i 2006, var i stand til at indsamle DNA-prøver og registrere vandtemperaturer. Den noterede dens præcise placering og afdriftshastighed, da hver prøve blev taget, giver forskere mulighed for at korrelere deres resultater med skiftende havforhold. Den kunne endda analysere DNA-egenskaberne af de organismer, den indsamlede, og sende informationen tilbage til forskere, der ventede på land med blot en lille forsinkelse.

Der er i øjeblikket mere end 20 ESP-robotter i brug af laboratorier over hele verden. De fleste er i USA, men en er i Danmark og to andre er på vej til Kina, sagde Scholin.

Stephanie Moore, en forskningsoceanograf ved National Oceanic and Atmospheric Administration's Northwest Fisheries Science Center, har indsat en ESP ud for Washingtons kyst på et sted, der er kendt for algeopblomstring. Disse giftige vækster af alger kan gøre skaldyr giftige og syge fisk.

"Hvis vi ser nogle af de skadelige algecellekoncentrationer eller måske toksinkoncentrationer krybe op, vi kan udløse (ESP) til at tage en ekstra prøve, " sagde Moore. "At have den tovejskommunikation med instrumentet hele tiden er virkelig gavnligt."

Robotterne er især gode til at overvåge mikrober i fjerntliggende områder, hvor det ville være dyrt at chartre forskningsekspeditioner, tilføjede hun.

ESP har også hjulpet forskere med at undersøge genetikken ved fytoplankton.

Kolody, Allen og deres kolleger hos Scripps analyserede for nylig data indsamlet af en ESP ud for Californiens kyst for at se, hvordan den mangfoldige population af mikrober, der bor der, besluttede, hvilke af deres gener der skulle tændes eller slukkes i løbet af dagen. Robotten var i stand til at drive med strømmene og tage prøver af den samme population af mikrober hver fjerde time.

"Vi kan endelig få en fornemmelse af, hvordan denne befolkning ændrer sig over tid, og hvordan den reagerer på forskellige drivere i miljøet - ændringer i sollys, ændringer i næringsstoffer, interaktioner mellem medlemmer af befolkningen, " sagde Kolody.

Scholins team hos MBARI arbejder hårdt på en ny ESP, der vil være lille nok til at monteres på et autonomt undervandsfartøj.

En nylig undersøgelse fra forskere ved MBARI og NOAA viste, at denne seneste robot er i stand til at prøve det DNA, som marine organismer efterlader i miljøet.

"Ikke kun er alle disse mikroorganismer der, men faktisk spor af større dyr, som du ikke nødvendigvis ser eller fanger i din ene lille prøve af vand, " sagde Scholin.

Brug af disse ESP'er til at indsamle miljømæssigt DNA vil være vigtigt for at overvåge tilstedeværelsen af ​​invasive arter og for at studere havets biodiversitet.

Scholins mål er, at i fremtiden, "vi ville bare have disse ting overalt, ligesom vejrstationer, " han sagde.

"Dette er kun begyndelsen på denne slags felter, " sagde han. "For at bruge analogien til musik, vi er ikke i nærheden af ​​det punkt, hvor vi kan streame. Vi er stadig i optagelses- og afspilningsfasen på dette tidspunkt. Men det kommer derhen. Det er en reel mulighed for ingeniører og videnskabsmænd og miljøgrupper til at arbejde sammen."

©2019 Los Angeles Times
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.