Microcystine is een vervelende toxine die huidreacties kan veroorzaken, maag problemen, en zelfs leverschade. Het wordt geproduceerd door een kleine blauwgroene alg (cyanobacteriën) genaamd Microcystis, die zich als een gek vermenigvuldigt in warm, voedselrijk water. Helaas, Microcystis-bloei komt steeds vaker voor in de Grote Meren, die miljoenen mensen van drinkwater voorzien. Deze maand testen onderzoekers van MBARI en de National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) een nieuwe onderwaterrobot die rond Lake Erie zal zwemmen en de hoeveelheid microcystine en algen in het water zal meten. en zijn bevindingen in realtime terug naar de kust sturen.

De robot is een van MBARI's lange afstand autonome onderwatervoertuigen (LRAUV's). Met een diameter van ongeveer 30 centimeter (één voet) en een lengte van 230 centimeter (7,5 voet), het lijkt een klein, gele en oranje torpedo. Maar het is veel langzamer dan een torpedo en is speciaal ontworpen om weken in het water door te brengen om wetenschappelijke gegevens te verzamelen.

De laatste acht jaar, De wetenschappers en ingenieurs van MBARI hebben LRAUV's gebouwd en gebruikt om microscopisch kleine algen en oceaanchemie voor de kust van Californië te bestuderen. in 2018, ze bouwden een nieuwe LRAUV met een laboratorium voor robotbiochemie. Dit geautomatiseerde laboratorium wordt een derde generatie Environmental Sample Processor (3G ESP) genoemd. Terwijl de LRAUV door het water beweegt, verzamelt de 3G ESP watermonsters, filtert ze, en verwerkt vervolgens de monsters om microscopisch kleine organismen of toxines zoals microcystine te detecteren. Na analyse van de monsters, de 3G ESP kan zijn bevindingen via satellietverbinding naar wetenschappers aan de wal sturen.

MBARI-ingenieurs hebben ongeveer vijf jaar aan de 3G ESP gewerkt. Dit voorjaar was de eerste grote test, met LRAUV's die 3G ESP's vervoeren in de open oceaan bij Hawaï om monsters te verzamelen van de microscopisch kleine algen die voedselwebben in de open oceaan ondersteunen. Eind juli 2018 verzamelde een vergelijkbare LRAUV schadelijke algen en bewaakte algentoxines in de koude wateren van Monterey Bay. Nu wordt hetzelfde voertuig gebruikt om microcystine in de wateren van Lake Erie te monitoren.

Omdat zoveel steden hun drinkwater halen uit de Grote Meren, NOAA geeft al voorspellingen uit die voorspellen waar en wanneer schadelijke algenbloei waarschijnlijk microcystine zal produceren. Onderzoekers hopen dat gegevens van LRAUV's uiteindelijk zullen helpen bij deze voorspellingen. Zoals Steve Ruberg, een wetenschapper bij NOAA's Great Lakes Environmental Research Laboratory, wees erop, "Informatie krijgen over hoe diep gifstoffen van een schadelijke algenbloei gaan en hoe dicht ze zich bij gemeentelijke waterinlaatpijpen bevinden, kan NOAA helpen de voorspellingen en beslissingsondersteunende hulpmiddelen te verbeteren waar gemeenschappen in de Grote Meren van afhankelijk zijn."

MBARI-ingenieurs hebben in 2017 een tweede-generatieversie van de ESP in Lake Erie ingezet. dit instrument heeft microcystineconcentraties gemeten vanaf een ligplaats ongeveer 6,5 kilometer (vier mijl) ten westen van de belangrijkste drinkwaterinlaat voor de stad Toledo, Ohio.

Het 2018-project omvat verschillende "primeurs". Het is de eerste keer dat de autonome voertuigen van MBARI hun weg vinden in een relatief ondiep water zoals Lake Erie, die gemiddeld ongeveer 19 meter (62 voet) diep is. Het is ook de eerste keer dat MBARI's 3G ESP is uitgerust met geautomatiseerde instrumenten om microcystine te detecteren.

Na de lancering van de LRAUV vanaf een kleine boot, onderzoekers zullen terugkeren naar de kust om de voortgang te volgen. De robot zal het grootste deel van de tijd onder water blijven, maar kom regelmatig aan de oppervlakte om wetenschappers te laten weten waar het is en wat het 'ziet'. Het zal ook watermonsters verzamelen en bewaren voor latere analyse aan de wal.

Microbiologen zullen DNA uit deze geconserveerde monsters halen om meer te weten te komen over niet alleen Microcystis, maar de hele gemeenschap van microben in het meer. Dit zal hen helpen de omstandigheden te begrijpen die bijdragen aan gevaarlijke algenbloei.

"Deze aanpak is uniek in die zin dat we elementen van robotica samenvoegen, biochemie, en vrijlopende autonome systemen, " zei Chris Scholin, president van MBARI en uitvinder van de Environmental Sample Processor. "Ons doel is om toxines te detecteren en te volgen terwijl ze veranderen in ruimte en tijd. Op deze manier zullen we niet afhankelijk zijn van vaste sensoren en van mensen sturen om monsters te verzamelen en ze vervolgens te verwerken. Door de stand van de techniek op het gebied van mobiele toxine- detectievermogen, we hopen uiteindelijk nieuwe opties te bieden voor resourcemanagers en volksgezondheidsinstanties."