Forskare vid Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) har framgångsrikt tänkt och testat en bärbar enhet, DISKO, som utförde de första in situ -mätningarna av en mycket reaktiv typ av syre, känd som superoxid, som kan spela en integrerad roll för korallrevens hälsa. Deras resultat publicerades som en tidig visningsartikel den 29 oktober i tidskriften Miljövetenskap och teknik .

Superoxid är en reaktiv kemikalie som är en biprodukt inom alla andnings- och fotosyntetiserande organismer. Denna instabila form av syre, eller reaktiva syrearter (ROS), är benägen att stjäla eller ge elektroner. Som en konsekvens, superoxid har varit känt för att katalysera kemiska reaktioner som kan leda till cancer och andra sjukdomar-en av de många anledningarna till att dagens dieter stressar med antioxidantrika livsmedel, som blåbär, nötter eller mörk choklad. Dock, i många organismer, inklusive koraller, superoxidens natur kan vara mer komplicerad.

"Det brukade vara att [superoxid] bara ansågs vara giftigt, "säger WHOI marin kemist Colleen Hansel, en medförfattare till studien. "Men vi vet nu att det används för många fördelaktiga processer. I svampar, växter och till och med djur, superoxid är viktigt för organismens immunsvar [till exempel]. Den [logiken] har inte riktigt överförts till det marina livet än. "

Hansel och hennes team undersökte kemikaliens interaktion med symbiotiska mikroorganismer som bor i korallrev. Preliminära bevis tyder på att medan koraller kanske inte är immuna mot superoxids toxiska effekter när de når höga koncentrationer inuti sina celler, de kan också använda kemikalien utanför sina celler av fördelaktiga skäl, till exempel ett försvar mot marina infektioner –– några av dem kan påskyndas av varmare havstemperaturer.

"Superoxid till organismer reflekterar som en slags Goldilocks -effekt, "säger Kalina Grabb, studiens huvudförfattare och WHOI-MIT Joint Program-student i Hansels lab. "Du vill inte för mycket eftersom det kan leda till oxidativ stress, men du vill inte ha för lite eftersom det är viktigt för fysiologiska funktioner. "

Tills nyligen, superoxids flyktiga natur har gjort det otroligt svårt att prova i den marina miljön - kemikalien varar bara några minuter i havsvatten. Detta lämnade traditionellt ingen tid att överföra vattenprover till ett laboratorium för adekvat analys. På samma gång, andra båtburna system var besvärliga att använda och kunde bara användas i mycket utvalda miljöer.

För att övervinna dessa begränsningar, WHOI-ingenjören Jason Kapit och WHOI-forskaren Scott Wankel arbetade nära med Hansel och hennes labb för att utveckla världens första bärbara DIver-driven Submersible Chemiluminescent SensOr, eller DISCO. Med det, de kunde prova superoxidkoncentrationer i realtid under en forskningsresa 2017 till Kubas orörda revsystem, Jardines de la Reina.

Den boxiga handhållna enheten består av ett vattentätt batteri och en surfplatta som dykare kan använda på djupet. Inuti, flytande pumpar tar upp den osynliga kemikalien när koraller producerar den. DISCO tillsätter sedan en kemikalie till blandningen som reagerar med superoxid för att skapa mätbart ljus, läst av en inbyggd sensor. Beväpnad med dessa verktyg, DISCO upptäckte anmärkningsvärda skillnader i superoxidnivåer mellan korallarter i sitt första fälttest.

"Nu, vi vill kunna förstå varför, "tillägger Hansel." Varför gör de avsiktligt superoxid och hjälper detta korallen eller är det relaterat till stress på något sätt? "

Sedan starten, DISCO har utvecklats om för att bli ännu mer bärbar och lätt. År 2018, Hansel, Wankel och Kapit samarbetade om en annan iteration av enheten, den här gången på ungefär hälften av föregångarens storlek och vikt. Teamet har också anpassat DISCO till en djuphavsversion som kallas SOLARIS för att följa med WHOI:s nedsänkta människoupptagna, ALVIN. I oktober 2019, de kunde använda SOLARIS för att upptäcka superoxid som produceras av koraller vid 1, 300 meter djupt (~ 4, 200 fot) längs Davison Seamount utanför kusten i centrala Kalifornien.

"Vi pratar redan om vad vi kan göra härnäst med denna teknik, "säger Hansel." Hur kan vi bygga nya sensorer som innehåller andra reaktiva syrearter för att till fullo förstå deras roll i organismens hälsa och havskemi? Jag ser inget slut i sikte. "