Het ziet eruit als een vuilnisbak die dobbert in de wateren voor de kust van Californië. Maar het is nauwelijks afval. In feite, het kan een sleutelrol spelen bij het monitoren van de gezondheid van onze oceanen.

De vitale functies? De gezondheid van de kleinste bewoners van de zeeën:fytoplankton.

Van diatomeeën ingekapseld in glas tot dinoflagellaten die giftige algenbloei kunnen veroorzaken, fytoplankton is een diverse groep algen die in de oceaan leven. Ze dienen als de basis van de oceaanvoedselketen en zijn verantwoordelijk voor de circulatie van voedingsstoffen in het water en de productie van zuurstof door middel van fotosynthese.

"Eén op de twee ademhalingen zuurstof die je neemt, komt van planten in de oceaan, en meestal denken mensen er niet aan omdat ze microscopisch klein zijn, " zei Bethany Kolody, een afgestudeerde student-onderzoeker aan de Scripps Institution of Oceanography in San Diego.

Maar de diversiteit van fytoplankton maakt het moeilijk te voorspellen hoe ze zullen reageren op veranderingen in de oceaan - vooral die als gevolg van de opwarming van de aarde - en hoe hun reacties de gezondheid van de oceaan als geheel zullen beïnvloeden.

Een toevloed van voedingsstoffen in een bepaald gebied kan een enorme algengroei aanwakkeren. Veranderende watertemperaturen kunnen de verdeling van beschikbare voedselbronnen verschuiven. Stukken zee kunnen kooldioxide opnemen en verzuren.

Al deze veranderingen vereisen dat fytoplankton reageert op nieuwe druk. Helaas, hen afluisteren kan een beetje een uitdaging zijn.

Als onderzoekers toevallig geen expeditie hebben gepland wanneer een van deze oceaangebeurtenissen plaatsvindt, het had net zo goed niet kunnen gebeuren, zei Andrew Allen, een microbiële oceanograaf en ecoloog bij Scripps.

"Je moet echt op het juiste moment op de juiste plaats zijn om te proeven, " hij zei.

Een oplossing kan komen in de vorm van "een lab in een blikje, " zei moleculair bioloog Chris Scholin, president en chief executive van het Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Het is een oceaanrobot die de gereedschappen van een moleculair biologielab naar de zee brengt.

Deze robot, genaamd de Environmental Sample Processor - of kortweg ESP - werd ongeveer 15 jaar geleden ontwikkeld door Scholin en zijn team bij MBARI.

Scholin kwam op het idee toen hij schadelijke algenbloei in de Golf van Maine bestudeerde.

"Ik was gewoon verbluft door hoe mensen naar zee gingen en instrumenten in het water stopten, en ze konden je alles vertellen wat er aan de hand was, " zei hij. "Maar toen het tijd werd om de giftige algen daadwerkelijk te tellen voor volksgezondheidsdoeleinden en onderzoek, het zou ons dagen kosten."

Dus gingen Scholin en zijn collega's aan de slag.

Eerst, ze moesten uitzoeken wat er nodig was om deze oceaanrobot te engineeren en te bouwen.

Watermonsters verzamelen onder water, waar de druk hoger is dan op het land, was een hindernis. Een monster nemen dat groot genoeg is om een ​​huishoudemmer te vullen en het in slechts een paar druppels condenseren voor moleculaire analyse was een andere zaak.

Nadat de monsters waren verzameld, de robot zou genetisch materiaal van oceaanmicroben moeten kunnen verzamelen en opslaan zonder ze te koelen of te bevriezen.

"Het was een iets grotere klus dan ik dacht, ' zei Scholin.

Na uitgebreid onderzoek en testen, de ESP die in 2006 debuteerde, was in staat om DNA-monsters te verzamelen en watertemperaturen te registreren. Het noteerde de precieze locatie en driftsnelheid terwijl elk monster werd genomen, waardoor onderzoekers hun resultaten kunnen correleren met veranderende oceaanomstandigheden. Het kan zelfs de DNA-kenmerken van de verzamelde organismen analyseren en de informatie met slechts een kleine vertraging terugsturen naar onderzoekers die op het land wachten.

Er zijn momenteel meer dan 20 ESP-robots in gebruik door laboratoria over de hele wereld. De meeste zijn in de VS, maar één is in Denemarken en twee anderen zijn op weg naar China, aldus Scholin.

Stephanie Moore, een onderzoeksoceanograaf bij het Northwest Fisheries Science Center van de National Oceanic and Atmospheric Administration, heeft een ESP ingezet voor de kust van Washington op een plek die bekend staat om algenbloei. Deze giftige algengroei kan schelpdieren giftig maken en vissen ziek maken.

"Als we enkele van de schadelijke algencelconcentraties of misschien de toxineconcentratie zien stijgen, we kunnen triggeren (de ESP) om een ​​extra monster te nemen, "Zei Moore. "De hele tijd die tweerichtingscommunicatie met het instrument hebben, is echt nuttig."

De robots zijn vooral geweldig voor het monitoren van microben in afgelegen gebieden waar het duur zou zijn om onderzoeksexpedities te charteren, voegde ze eraan toe.

Het ESP heeft onderzoekers ook geholpen bij het onderzoeken van de genetica van fytoplankton.

Kolodi, Allen en hun collega's van Scripps hebben onlangs gegevens geanalyseerd die zijn verzameld door een ESP voor de kust van Californië om te zien hoe de diverse populatie van microben die daar leven, besliste welke van hun genen de hele dag aan of uit moesten worden gezet. De robot kon met de stroming meedrijven en elke vier uur monsters nemen van dezelfde populatie microben.

"We kunnen eindelijk een idee krijgen van hoe deze populatie in de loop van de tijd verandert en hoe ze reageert op verschillende drijfveren in de omgeving - veranderingen in zonlicht, veranderingen in voedingsstoffen, interacties tussen leden van de bevolking, ' zei Kolody.

Het team van Scholin bij MBARI werkt hard aan een nieuwe ESP die klein genoeg is om aan een autonoom onderwatervoertuig te bevestigen.

Een recente studie van onderzoekers van MBARI en NOAA toonde aan dat deze nieuwste robot in staat is om het DNA te bemonsteren dat mariene organismen in het milieu achterlaten.

"Niet alleen zijn al deze micro-organismen daar, maar eigenlijk sporen van grotere dieren die je niet per se ziet of vangt in je ene kleine stukje water, ' zei Scholin.

Het gebruik van deze ESP's om milieu-DNA te verzamelen, zal belangrijk zijn voor het monitoren van de aanwezigheid van invasieve soorten en voor het bestuderen van de biodiversiteit van de oceaan.

Het doel van Scholin is dat in de toekomst, "we zouden deze dingen gewoon overal hebben, net als weerstations, " hij zei.

"Dit is nog maar het allereerste begin van dit soort veld, " zei hij. "Om de analogie van muziek te gebruiken, we zijn nog lang niet in de buurt van het punt waar we kunnen streamen. We bevinden ons op dit moment nog in de opname- en afspeelfase. Maar het komt er aan. Het is een echte kans voor ingenieurs en wetenschappers en milieugroeperingen om samen te werken."

©2019 Los Angeles Times
Gedistribueerd door Tribune Content Agency, LLC.