Ny laserteknik gör att MBARI-forskare kan titta på strukturen hos gigantiska larvdjur-grodyngelliknande marina djur som är viktiga aktörer i havets ekosystem. I en ny tidning i Vetenskapliga framsteg , MBARI -forskare beskrev en ny metod för att mäta flödet av havsvatten genom larvdjur och andra gelatinösa djur. Resultaten hjälper forskare att förstå hur mycket koldioxid oceanerna absorberar från atmosfären.

Larvaceans spelar en viktig roll för att flytta kol från den övre delen av havet ner i djuphavet. De bygger ballongliknande slemstrukturer som kallas "hus, "som koncentrerar mat genom att filtrera små partiklar ur det omgivande havsvattnet. Dessa partiklar innehåller organiskt kol, varav några har sitt ursprung som koldioxid i atmosfären.

Med tiden blir deras filter överbelastade med partiklar, och larven överger sitt hus. De kasserade husen kollapsar och sjunker snabbt till havsbotten, transporterar kol till djuphavet. Väl på havsbotten, detta kol förbrukas av djur eller begravas i havsbotten. Det nedgrävda kolet kommer sannolikt att tas bort från atmosfären i miljontals år.

Eftersom jätte larver är bara centimeter långa, men bygg hus som kan vara en meter över, de är en utmaning att studera. Intakta larvaceanhus är nästan omöjliga att samla i ett nät eller en burk, eller att innehålla i ett laboratorieakvarium. När de glider in i ett fast nät eller en vägg, husen går sönder.

Istället för att försöka bygga en tank som är tillräckligt stor för att rymma en gigantisk larv och dess hus, MBARI postdoktor Kakani Katija har undersökt sätt att studera larver i det öppna havet, med hjälp av en teknik som kallas partikelbildhastighet (PIV). PIV-system har använts i laboratorier i decennier för att observera och mäta komplexa vattenflödesmönster som strömmar, virvlar, och virvlar.

2015 satte Katija sig för att anpassa ett PIV -system för användning i djuphavet. Hennes "DeepPIV" -system består av en laser som avger ett tunt ljusark och en videokamera som registrerar små partiklar i vattnet, som lyser upp av lasern när de passerar genom detta ljusark. Arbetar med MBARI -ingenjörer Alana Sherman, Dale Graves, och Chad Kecy, Katija monterade laser- och videokameran på MBARIs MiniROV, ett litet fjärrstyrt fordon (ROV).

Senare samma år gick Katija med Senior Scientist Bruce Robison och resten av DeepPIV -teamet i deras första fälttest, med hjälp av MiniROV för att dyka 1, 200 meter (4, 000 fot) under ytan av Monterey Bay.

När laget upptäckte sitt första jätte larv, ROV -piloten startade lasrarna, släckt ROV:s lampor, och höll ROV på plats medan ett ark laserljus skannade genom larvets kropp och hus. Några av forskarna på kryssningen hade studerat jätte larver i åratal, men när lasern slogs på, plötsligt kunde de se kammare och passager i larvhusets hus som de aldrig visste fanns.

"Vi var alla chockade över hur bra det fungerade, "sa Katija." Det var mycket oohing och aahing i kontrollrummet. Det var inte bara forskarna som blev chockade och förvånade - det var alla på forskningsfartyget. "

Robison kommenterade, "DeepPIV tillät oss att titta in i en komplex struktur som vi bara hade sett utifrån tidigare. Som ett resultat, vi lärde oss mer om jätte larver under ett enda dyk än vi hade under de senaste decennierna. "

Så småningom kunde Katija videofilma flödet av partiklar i husen hos 24 jätte larvdjur under 13 olika ROV -dyk. Analysera bilderna från dessa dyk, Katija mätte hur snabbt partiklarna rörde sig. Från denna information kunde hon beräkna hur mycket vatten larverna filtrerade genom sina hus.

Katijas beräkningar visade att varje jätte larv i Monterey Bay kunde filtrera upp till 76 liter (20 gallon) vatten per timme. Detta är fyra gånger högre än tidigare uppskattningar för gigantiska larver och fem gånger högre än filtreringshastigheterna från andra gelatinösa öppningsbara filtermatare, som salpar.

Koppla ihop hennes filtreringsuppskattningar med MBARI:s långsiktiga data om överflödet av gigantiska larver på olika djup, Katija beräknade den totala volymen vatten som filtrerats av jätte larver i Monterey Bay. Under vårmånaderna, när de är som rikligast, Katija uppskattade att larver kunde filtrera allt vatten mellan 100 och 300 meter i Monterey Bay på så lite som 13 dagar. Det motsvarar 500 simbassänger i olympisk storlek i timmen.

Katijas forskning visar att larver spelar en ännu större roll än forskare tidigare hade trott för att ta bort kol från ytan. I hennes tidning, hon noterade att DeepPIV också kan användas för att mäta filtreringshastigheter för andra mittvattendjur. Dessa data hjälper forskare att förstå hur mycket kol djuphavsdjur som tar bort från haven och (indirekt) från atmosfären. Sådan information är avgörande för att förbättra datormodeller för klimatförändringar.

Uppföljningen av hennes första framgång med DeepPIV, Katija har samarbetat med MBARI-biologen Jim Barry för att förstå hur djuphavskoraller och svampar samlar små matpartiklar som bärs av havsströmmar. "Nu när DeepPIV är tillgängligt för det oceanografiska samhället, "Sa Katija, "det öppnar upp alla möjliga möjligheter."