Det ser ut som en papperskorg som bobbar i vattnet utanför Kaliforniens kust. Men det är knappast skräp. Faktiskt, det kan spela en nyckelroll i övervakningen av våra havs hälsa.

De vitala tecknen? Hälsan hos havens minsta invånare - växtplankton.

Från kiselalger inneslutna i glas till dinoflagellater som kan orsaka giftiga alger, växtplankton är en mångsidig grupp alger som lever i havet. De fungerar som basen i havets näringskedja och är ansvariga för att cykla näringsämnen i vattnet och producera syre genom fotosyntes.

"Ett av varannas andning av syre som du tar kommer från växter i havet, och för det mesta tänker folk inte på dem för att de är mikroskopiska, sa Bethany Kolody, doktorandforskare vid Scripps Institution of Oceanography i San Diego.

Men mångfalden av växtplankton gör det svårt att förutsäga hur de kommer att reagera på förändringar i havet - särskilt de som beror på global uppvärmning - och hur deras reaktioner kommer att påverka havets hälsa som helhet.

En tillströmning av näringsämnen till ett visst område kan ge upphov till en massiv algtillväxt. Ändrade vattentemperaturer kan förändra fördelningen av tillgängliga matkällor. Fläckar i havet kan absorbera koldioxid och försuras.

Alla dessa förändringar kräver att växtplankton reagerar på nya påtryckningar. Tyvärr, att avlyssna dem kan vara lite av en utmaning.

Om forskare inte råkar planera en expedition när en av dessa havshändelser inträffar, det kan lika gärna inte ha hänt, sa Andrew Allen, en mikrobiell oceanograf och ekolog på Scripps.

"Du måste verkligen vara på rätt plats vid rätt tidpunkt för att prova, " han sa.

En lösning kan komma i form av "ett labb i en burk, "sa molekylärbiologen Chris Scholin, vd och chef för Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Det är en havsrobot som tar verktygen från ett molekylärbiologiskt laboratorium till havet.

Denna robot, kallad Environmental Sample Processor - eller ESP för kort - utvecklades för cirka 15 år sedan av Scholin och hans team på MBARI.

Scholin kom på idén medan han studerade skadliga algblomningar i Maine -bukten.

"Jag blev bara förbluffad av hur människor skulle gå till sjöss och stoppa instrument i vattnet, och de kunde berätta allt som hände, "sa han." Men när det var dags att faktiskt räkna de giftiga algerna för folkhälsoändamål och forskning, det skulle ta oss dagar. "

Så Scholin och hans kollegor började arbeta.

Först, de var tvungna att ta reda på vad som skulle krävas för att konstruera och konstruera denna havsrobot.

Samla vattenprover under vattnet, där trycket är högre än det är på land, var ett hinder. Att ta ett prov som är tillräckligt stort för att fylla en hushållshink och kondensera det till bara några droppar för molekylär analys var ett annat.

När proverna samlats in, roboten skulle behöva kunna samla och lagra genetiskt material från havsmikrober utan att kyla eller frysa dem.

"Det var lite större jobb än jag trodde det var, "Sa Scholin.

Efter omfattande forskning och tester, ESP som debuterade 2006 kunde samla DNA -prover och registrera vattentemperaturer. Den noterade sin exakta plats och drivhastighet när varje prov togs, så att forskare kan korrelera sina resultat med förändrade havsförhållanden. Det kan till och med analysera DNA -egenskaperna hos organismerna som det samlat in och skicka informationen tillbaka till forskare som väntar på land med bara en liten försening.

Det finns mer än 20 ESP -robotar som för närvarande används av laboratorier över hela världen. De flesta är i USA, men en är i Danmark och två andra är på väg till Kina, Sa Scholin.

Stephanie Moore, en forsknings oceanograf vid National Oceanic and Atmospheric Administration Northwest Fisheries Science Center, har distribuerat en ESP utanför Washingtons kust på en plats som är känd för algblomning. Dessa giftiga algtillväxter kan göra skaldjur giftiga och sjuka.

"Om vi ​​ser några av de skadliga algernas cellkoncentrationer eller kanske toxinkoncentrationen kryper upp, vi kan trigga (ESP) att ta ett extra prov, "Sa Moore." Att ha den tvåvägskommunikationen med instrumentet hela tiden är verkligen fördelaktigt. "

Robotarna är särskilt bra för att övervaka mikrober i avlägsna områden där det skulle vara dyrt att chartra forskningsexpeditioner, tillade hon.

ESP har också hjälpt forskare att undersöka växtplanktons genetik.

Kolody, Allen och deras kollegor på Scripps analyserade nyligen data som samlats in av en ESP utanför Kaliforniens kust för att se hur den mångfaldiga befolkningen av mikrober som bor där bestämde vilka av deras gener som de skulle slå på eller av under hela dagen. Roboten kunde driva med strömmarna och ta prover av samma population av mikrober var fjärde timme.

"Vi kan äntligen få en uppfattning om hur denna befolkning förändras över tiden och hur den reagerar på olika drivkrafter i miljön - förändringar i solljus, förändringar i näringsämnen, interaktioner mellan befolkningen, Sa Kolody.

Scholins team på MBARI jobbar hårt på ett nytt ESP som kommer att vara tillräckligt litet för att kopplas till ett autonomt undervattensfordon.

En färsk studie från forskare vid MBARI och NOAA visade att den senaste roboten kan prova DNA som marina organismer lämnar efter sig i miljön.

"Inte bara finns alla dessa mikroorganismer där, men faktiskt spår av större djur som du inte nödvändigtvis ser eller fångar i ditt enda vattenprov, "Sa Scholin.

Att använda dessa ESP för att samla miljö -DNA kommer att vara viktigt för att övervaka förekomsten av invasiva arter och för att studera havets biologiska mångfald.

Scholins mål är att i framtiden, "vi skulle bara ha dessa saker överallt, precis som väderstationer, " han sa.

"Detta är bara början på den här typen av fält, "sa han." För att använda musikens analogi, vi är inte i närheten av den punkt där vi kan strömma. Vi är fortfarande på inspelnings- och uppspelningsstadiet vid denna tidpunkt. Men det tar sig dit. Det är en verklig möjlighet för ingenjörer och forskare och miljögrupper att arbeta tillsammans. "

© 2019 Los Angeles Times
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.