Microcystin är ett otäckt toxin som kan orsaka hudreaktioner, magproblem, och även leverskador. Den produceras av en liten blågrön alg (cyanobakterier) som heter Microcystis, som förökar sig som en galning i värmen, näringsrikt vatten. Tyvärr, Microcystis-blomningar blir allt vanligare i de stora sjöarna, som tillhandahåller dricksvatten till miljontals människor. Den här månaden testar forskare från MBARI och National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) en ny undervattensrobot som kommer att simma runt Lake Erie och mäta mängden mikrocystin och alger i vattnet, och skicka sina resultat tillbaka till stranden i realtid.

Roboten är en av MBARI:s långdistansautonoma undervattensfordon (LRAUV). Med en diameter på cirka 30 centimeter (en fot) och 230 centimeter (7,5 fot) lång, det ser ut som en liten, gul och orange torped. Men den är mycket långsammare än en torped och är designad speciellt för att tillbringa veckor i vattnet för att samla in vetenskapliga data.

De senaste åtta åren, MBARI:s forskare och ingenjörer har byggt LRAUVs ​​och använt dem för att studera mikroskopiska alger och havskemi utanför Kaliforniens kust. Under 2018, de byggde en ny LRAUV som innehåller ett biokemirobotlaboratorium. Detta automatiserade laboratorium kallas en tredje generationens Environmental Sample Processor (3G ESP). Medan LRAUV:n rör sig genom vattnet samlar 3G ESP in prover av vatten, filtrerar dem, och bearbetar sedan proverna för att detektera mikroskopiska organismer eller toxiner såsom mikrocystin. Efter att ha analyserat proverna, 3G ESP kan skicka sina resultat till forskare på land via satellitlänk.

MBARI-ingenjörer har arbetat med 3G ESP i ungefär fem år. I våras markerade sitt första stora test, med LRAUV:er som bär 3G ESP:er i det öppna havet utanför Hawaii för att samla in prover av de mikroskopiska algerna som stöder födonät i öppet hav. I slutet av juli 2018 samlade en liknande LRAUV in skadliga alger och övervakade alggifter i det kalla vattnet i Monterey Bay. Nu används samma fordon för att övervaka mikrocystin i Eriesjöns vatten.

Eftersom så många städer får sitt dricksvatten från de stora sjöarna, NOAA utfärdar redan prognoser som förutsäger var och när skadliga algblomningar sannolikt kommer att producera mikrocystin. Forskare hoppas att data från LRAUV så småningom kommer att hjälpa till med dessa prognoser. Som Steve Ruberg, en forskare vid NOAA:s Great Lakes Environmental Research Laboratory, Pekat ut, "Att få information om hur djupa gifter från en skadlig algblomning går och hur nära de är kommunala vattenintagsledningar kan hjälpa NOAA att förbättra prognoser och beslutsstödjande verktyg som samhällen i Stora sjöarna är beroende av."

MBARI-ingenjörer installerade en andra generationens version av ESP i Lake Erie 2017. Under det senaste året, Detta instrument har mätt mikrocystinkoncentrationer från en förtöjning cirka 6,5 ​​kilometer väster om det huvudsakliga dricksvattenintaget för staden Toledo, Ohio.

2018 års projekt involverar flera "första". Det är första gången som MBARI:s autonoma fordon kommer att hitta runt en relativt grund vattenmassa som Lake Erie, som i genomsnitt är cirka 19 meter (62 fot) djup. Det är också första gången som MBARI:s 3G ESP har utrustats med automatiserade instrument för att detektera mikrocystin.

Efter att ha sjösatt LRAUV från en liten båt, forskare kommer att återvända till stranden för att övervaka dess framsteg. Roboten kommer att stanna under vattnet för det mesta, men dyker upp med jämna mellanrum för att låta forskarna veta var den är och vad den "ser". Det kommer också att samla in och bevara vattenprover för senare analys på land.

Mikrobiologer kommer att extrahera DNA från dessa bevarade prover för att ta reda på inte bara om Microcystis, men hela samhället av mikrober i sjön. Detta kommer att hjälpa dem att förstå de förhållanden som bidrar till farliga algblomningar.

"Det här tillvägagångssättet är unikt i den meningen att vi slår samman delar av robotik, biokemi, och frigående autonoma system, sa Chris Scholin, president för MBARI och uppfinnare av miljöprovprocessorn. "Vårt mål är att upptäcka och spåra toxiner när de förändras över tid och rum. På så sätt kommer vi inte att vara beroende av fasta sensorer och att skicka människor för att samla in prover och sedan bearbeta dem. Genom att utveckla det senaste inom mobila toxiner detekteringsförmåga, vi hoppas att så småningom kunna erbjuda nya alternativ för resursförvaltare och folkhälsomyndigheter."