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海洋机器人将观察浮游植物的健康状况

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  • 2019-09-23 09:37:45

看起来像是垃圾桶在加利福尼亚海岸附近的水域中漂浮。但这几乎不是垃圾。实际上,它可能在监测我们的海洋健康方面发挥关键作用。

生命体征?海洋中最小的居民-浮游植物的健康状况。

从玻璃容器中的硅藻到会引起有毒藻类大量繁殖的鞭毛藻,浮游植物是生活在海洋中的多种藻类。它们是海洋食物链的基础,负责循环水中的养分并通过光合作用产生氧气。

斯克里普斯大学的研究生研究员Bethany Kolody说:“每两口呼吸中就有一口来自海洋中的植物,而且大多数时候人们不会因为它们是微观的而考虑它们。”圣地亚哥海洋研究所。

但是,浮游植物的多样性使得很难预测它们将如何应对海洋的变化,特别是由于全球变暖造成的变化,以及它们的反应将如何影响整个海洋健康。

营养物质涌入特定区域可能会导致大量藻类生长。不断变化的水温会改变可用食物来源的分布。海洋斑块可以吸收二氧化碳并酸化。

所有这些变化都需要浮游植物应对新的压力。不幸的是,窃听它们可能是一个挑战。

斯克里普斯的微生物海洋学家和生态学家安德鲁·艾伦说,如果研究人员在发生这些海洋事件之一时没有计划进行一次探险,那么它也很可能没有发生。

他说:“您确实需要在正确的时间在正确的位置进行采样。”

蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)的总裁兼首席执行官分子生物学家克里斯·舒林(Chris Scholin)说,一种解决方案可能是以“罐中实验室”的形式出现的。这是一个远洋机器人,将分子生物学实验室的工具带到了大海。

该机器人称为环境样本处理器(简称为ESP),大约是15年前由Scholin和他在MBARI的团队开发的。

肖林在研究缅因湾有害藻类繁殖时提出了这个主意。

他说:“人们被人们如何出海并将仪器放入水中的方式震惊了我,他们可以告诉你发生的一切。”“但是,到了为公共卫生目的和研究实际计算有毒藻类的时间时,我们将需要花费几天的时间。”

因此,肖林和他的同事们开始工作。

首先,他们必须弄清楚设计和建造这个海洋机器人将需要什么。

在水下收集压力高于陆地压力的水下样本是一大障碍。取一个足够大的样本充满一个家用桶,然后将其浓缩成几滴进行分子分析。

一旦收集了样本,该机器人将需要能够从海洋微生物中收集和存储遗传物质,而无需对其进行冷冻或冷冻。

舒林说:“这项工作比我想象的要大。”

经过广泛的研究和测试,ESP于2006年首次亮相,能够收集DNA样品并记录水温。它指出了每次采样时的精确位置和漂移速度,使研究人员可以将其结果与不断变化的海洋条件相关联。它甚至可以分析收集到的生物的DNA特征,并将信息发送给在陆地上等待的研究人员,只需稍作延迟。

世界各地的实验室目前正在使用20多个ESP机器人。肖林说,大多数在美国,但一个在丹麦,另外两个在前往中国。

美国国家海洋与大气管理局西北渔业科学中心的研究海洋学家斯蒂芬妮·摩尔(Stephanie Moore)已在华盛顿沿海以藻类大量繁殖而闻名的地方部署了ESP。藻类的这些有毒物质的生长会导致贝类有毒和致病的鱼类。

摩尔说:“如果我们看到某些有害藻类细胞浓度或毒素浓度上升,我们可以触发(ESP)采集另外的样品。”“一直保持与仪器的双向通讯确实是有益的。”

她补充说,这些机器人特别适合监视偏远地区的微生物,因为在这些偏远地区进行研究探险的费用很高。

ESP还帮助研究人员调查了浮游植物的遗传学。

斯克里普斯(Scripps)的科洛迪(Kolody),艾伦(Allen)及其同事最近分析了ESP在加利福尼亚海岸附近收集的数据,以了解生活在那的微生物种群如何决定全天打开或关闭哪些基因。该机器人能够随电流漂移,并且每四个小时采集一次相同微生物种群的样本。

科洛迪说:“我们最终可以了解这个人口随时间的变化以及它对环境中不同驱动因素的反应-日光的变化,养分的变化,人口之间的相互作用。”

MBARI的Scholin团队正在努力开发新的ESP,该ESP足够小,可以安装到自动驾驶水下航行器上。

MBARI和NOAA研究人员的最新研究表明,这种最新的机器人能够对海洋生物遗留在环境中的DNA进行采样。

肖林说:“不仅所有这些微生物都存在,而且实际上还有一些大动物,您不一定会看到或捕捉到它们的痕迹。”

使用这些ESP收集环境DNA对监测入侵物种的存在和研究海洋生物多样性至关重要。

肖林的目标是,将来,“就像气象站一样,我们到处都会得到这些东西,”他说。

他说:“这仅仅是这种领域的开始。”“使用音乐的类比,我们离可以进行流媒体播放的地方还很遥远。目前我们仍处于录制和播放阶段。但是它正在实现。对于工程师,科学家和环境团体来说,这是一个真正的机会一起工作。”

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