Dankzij nieuwe lasertechnologie kunnen MBARI-wetenschappers de structuur onderzoeken van gigantische larvaceans-kikkervisachtige zeedieren die belangrijke spelers zijn in oceaanecosystemen. In een recent artikel in wetenschappelijke vooruitgang , MBARI-onderzoekers beschreven een nieuwe methode voor het meten van de stroom van zeewater door larven en andere gelatineuze dieren. De resultaten zullen wetenschappers helpen begrijpen hoeveel koolstofdioxide de oceanen uit de atmosfeer opnemen.

Larvaceans spelen een belangrijke rol bij het verplaatsen van koolstof van het bovenste deel van de oceaan naar de diepe zee. Ze bouwen ballonachtige slijmstructuren genaamd "huizen, " die voedsel concentreren door kleine deeltjes uit het omringende zeewater te filteren. Deze deeltjes bevatten organische koolstof, waarvan sommige ontstaan ​​zijn als koolstofdioxide in de atmosfeer.

Na verloop van tijd raken hun filters overbelast met deeltjes, en de larvecaan verlaat zijn huis. De afgedankte huizen storten in en zinken snel naar de zeebodem, koolstof in de diepzee vervoeren. Eenmaal op de zeebodem, deze koolstof wordt geconsumeerd door dieren of begraven in zeebodemsediment. De begraven koolstof zal waarschijnlijk miljoenen jaren uit de atmosfeer worden verwijderd.

Omdat gigantische larven maar centimeters lang zijn, maar bouw huizen die wel een meter breed kunnen zijn, ze zijn een uitdaging om te studeren. Intacte larveachtige huisjes zijn bijna onmogelijk te verzamelen in een net of pot, of om in een laboratoriumaquarium te bewaren. Zodra ze in een stevig net of muur terechtkomen, de huizen vallen uit elkaar.

In plaats van te proberen een tank te bouwen die groot genoeg is om een ​​gigantische larve en zijn huis te herbergen, MBARI Postdoctoral Fellow Kakani Katija heeft manieren onderzocht om larven in de open oceaan te bestuderen, met behulp van een techniek die deeltjesbeeldsnelheidsmeting (PIV) wordt genoemd. PIV-systemen worden al tientallen jaren in laboratoria gebruikt om complexe waterstroompatronen zoals stromingen, wervelingen, en wervelingen.

In 2015 wilde Katija een PIV-systeem aanpassen voor gebruik in de diepzee. Haar "DeepPIV"-systeem bestaat uit een laser die een dun vel licht uitstraalt en een videocamera die minuscule deeltjes in het water vastlegt, die door de laser worden verlicht als ze door dit lichtblad gaan. Werken met MBARI-ingenieurs Alana Sherman, Dale Graves, en Tsjaad Kecy, Katija monteerde de laser- en videocamera op MBARI's MiniROV, een klein op afstand bediend voertuig (ROV).

Later dat jaar voegde Katija zich bij Senior Scientist Bruce Robison en de rest van het DeepPIV-team in hun eerste veldtest, de MiniROV gebruiken om te duiken 1, 200 meter (4, 000 voet) onder het oppervlak van Monterey Bay.

Toen het team hun eerste gigantische larvecaan zag, de ROV-piloot zette de lasers aan, de lichten van de ROV uitgeschakeld, en hield de ROV op zijn plaats terwijl een vel laserlicht door het lichaam en huis van de larvecaan scande. Sommige wetenschappers op de cruise hadden jarenlang gigantische larven bestudeerd, maar toen de laser aanging, plotseling zagen ze kamers en gangen in het huis van de larve, waarvan ze het bestaan ​​niet wisten.

"We waren allemaal geschokt door hoe goed het werkte, "zei Katija. "Er was veel oohing en aahing in de controlekamer. Het waren niet alleen de wetenschappers die geschokt en verbaasd waren, het was iedereen op het onderzoeksschip."

Robison merkte op, "DeepPIV stelde ons in staat om in een complexe structuur te kijken die we eerder alleen van buitenaf hadden gezien. we leerden tijdens een enkele duik meer over gigantische larven dan in de afgelopen decennia."

Uiteindelijk was Katija in staat om de stroom van deeltjes in de huizen van 24 gigantische larven gedurende 13 verschillende ROV-duiken op video vast te leggen. Het analyseren van de beelden van deze duiken, Katija mat hoe snel de deeltjes bewogen. Uit deze informatie kon ze berekenen hoeveel water de larven door hun huizen filterden.

Katija's berekeningen toonden aan dat elke gigantische larve in Monterey Bay tot 76 liter (20 gallon) water per uur kon filteren. Dit is vier keer hoger dan eerdere schattingen voor gigantische larven en vijf keer hoger dan de filtersnelheden door andere gelatineuze open-oceaan filtervoeders, zoals salpen.

Door haar filterschattingen te koppelen aan MBARI's langetermijngegevens over de overvloed aan gigantische larven op verschillende diepten, Katija berekende het totale volume water dat werd gefilterd door gigantische larven in Monterey Bay. Tijdens de lentemaanden, wanneer ze het meest talrijk zijn, Katija schatte dat larven al het water tussen 100 en 300 meter in Monterey Bay in slechts 13 dagen zouden kunnen filteren. Dat is het equivalent van 500 olympische zwembaden per uur.

Katija's onderzoek toont aan dat larven een nog grotere rol spelen dan wetenschappers eerder dachten bij het verwijderen van koolstof uit de oppervlakte-oceaan. In haar krant ze merkte op dat DeepPIV ook kan worden gebruikt om de filtratiesnelheden van andere dieren in het middenwater te meten. Deze gegevens zullen wetenschappers helpen begrijpen hoeveel koolstof diepzeedieren uit de oceanen en (indirect) uit de atmosfeer halen. Dergelijke informatie is essentieel voor het verbeteren van computermodellen van klimaatverandering.

In navolging van haar aanvankelijke succes met de DeepPIV, Katija heeft samengewerkt met MBARI-bioloog Jim Barry om te begrijpen hoe diepzeekoralen en sponzen kleine voedseldeeltjes verzamelen die door oceaanstromingen worden gedragen. "Nu DeepPIV beschikbaar is voor de oceanografische gemeenschap, ' zei Katja, "het opent allerlei mogelijkheden."