La nuova tecnologia laser consente agli scienziati di MBARI di esaminare la struttura di giganteschi animali marini simili a larve di girini che sono attori importanti negli ecosistemi oceanici. In un recente articolo in Progressi scientifici , I ricercatori di MBARI hanno descritto un nuovo metodo per misurare il flusso dell'acqua di mare attraverso larve e altri animali gelatinosi. I risultati aiuteranno gli scienziati a capire quanta anidride carbonica gli oceani stanno assorbendo dall'atmosfera.

I larvacei svolgono un ruolo significativo nello spostamento del carbonio dalla parte superiore dell'oceano verso le profondità marine. Costruiscono strutture di muco simili a palloncini chiamate "case, " che concentrano il cibo filtrando minuscole particelle dall'acqua di mare circostante. Queste particelle contengono carbonio organico, alcuni dei quali si sono originati come anidride carbonica nell'atmosfera.

Nel tempo i loro filtri si sovraccaricano di particelle, e il larvaceo abbandona la sua casa. Le case abbandonate crollano e sprofondano rapidamente sul fondo del mare, trasportare il carbonio nelle profondità marine. Una volta sul fondo del mare, questo carbonio viene consumato dagli animali o sepolto nei sedimenti del fondo marino. È probabile che il carbonio sepolto venga rimosso dall'atmosfera per milioni di anni.

Poiché i larvacei giganti sono lunghi solo centimetri, ma costruisci case che possono essere larghe un metro, sono una sfida da studiare. Le case larvacee intatte sono quasi impossibili da raccogliere in una rete o in un barattolo, o da contenere in un acquario da laboratorio. Una volta che vanno alla deriva in una rete solida o in un muro, le case crollano.

Invece di cercare di costruire una vasca abbastanza grande da ospitare un larvacean gigante e la sua casa, Il borsista post-dottorato MBARI Kakani Katija ha studiato i modi per studiare i larvacei in mare aperto, utilizzando una tecnica chiamata velocimetria a immagine di particelle (PIV). I sistemi PIV sono stati utilizzati nei laboratori per decenni per osservare e misurare complessi modelli di flusso d'acqua come correnti, turbinii, e vortici.

Nel 2015 Katija ha deciso di adattare un sistema PIV per l'uso in acque profonde. Il suo sistema "DeepPIV" consiste in un laser che emette un sottile foglio di luce e una videocamera che registra minuscole particelle nell'acqua, che vengono illuminati dal laser mentre attraversano questo foglio di luce. Lavorando con gli ingegneri MBARI Alana Sherman, Dale Graves, e Chad Kecy, Katija ha montato il laser e la videocamera sul MiniROV di MBARI, un piccolo veicolo telecomandato (ROV).

Nello stesso anno Katija si unì allo scienziato senior Bruce Robison e al resto del team di DeepPIV nel loro primo test sul campo, utilizzando il MiniROV per l'immersione 1, 200 metri (4, 000 piedi) sotto la superficie della baia di Monterey.

Quando il team ha avvistato il loro primo larvacean gigante, il pilota del ROV ha acceso i laser, spento le luci del ROV, e ha tenuto il ROV in posizione mentre un foglio di luce laser scansionava il corpo e la casa del larvacean. Alcuni degli scienziati della crociera avevano studiato per anni larvacei giganti, ma quando il laser si è acceso, improvvisamente potevano vedere camere e passaggi nella casa del larvacean che non sapevano esistessero.

"Siamo rimasti tutti scioccati dal modo in cui ha funzionato, " ha detto Katija. "C'era un sacco di oohing e aahing nella sala di controllo. Non erano solo gli scienziati a essere scioccati e stupiti, erano tutti sulla nave da ricerca".

Robison ha commentato, "DeepPIV ci ha permesso di guardare all'interno di una struttura complessa che prima avevamo visto solo dall'esterno. Di conseguenza, abbiamo imparato di più sui larvacei giganti durante una singola immersione di quanto non avessimo avuto nei due decenni precedenti".

Alla fine Katija è stata in grado di filmare il flusso di particelle all'interno delle case di 24 larvacei giganti nel corso di 13 diverse immersioni ROV. Analizzando i filmati di queste immersioni, Katija ha misurato la velocità con cui si muovevano le particelle. Da queste informazioni poteva calcolare quanta acqua i larvacei stavano filtrando attraverso le loro case.

I calcoli di Katija hanno mostrato che ogni larva gigante nella baia di Monterey può filtrare fino a 76 litri (20 galloni) di acqua all'ora. Questo è quattro volte superiore alle stime precedenti per le larve giganti e cinque volte superiore ai tassi di filtraggio di altri filtratori gelatinosi dell'oceano aperto, come salpe.

Accoppiando le sue stime di filtraggio con i dati a lungo termine di MBARI sull'abbondanza di larve giganti a varie profondità, Katija ha calcolato il volume totale di acqua filtrata dai larvacei giganti nella baia di Monterey. Durante i mesi primaverili, quando sono più abbondanti, Katija ha stimato che i larvacei potrebbero filtrare tutta l'acqua tra i 100 ei 300 metri nella baia di Monterey in appena 13 giorni. È l'equivalente di 500 piscine olimpioniche all'ora.

La ricerca di Katija mostra che i larvacei svolgono un ruolo ancora più importante di quanto gli scienziati avessero pensato in precedenza nella rimozione del carbonio dalla superficie dell'oceano. Nella sua carta, ha notato che DeepPIV potrebbe anche essere utilizzato per misurare i tassi di filtrazione di altri animali di mezz'acqua. Questi dati aiuteranno gli scienziati a capire quanto carbonio stanno rimuovendo gli animali di acque profonde dagli oceani e (indirettamente) dall'atmosfera. Tali informazioni sono vitali per migliorare i modelli informatici del cambiamento climatico.

Dopo il suo successo iniziale con DeepPIV, Katija ha collaborato con il biologo MBARI Jim Barry per capire come i coralli e le spugne di acque profonde raccolgono minuscole particelle di cibo trasportate dalle correnti oceaniche. "Ora che DeepPIV è disponibile per la comunità oceanografica, "Katia ha detto "apre tutti i tipi di possibilità."