La microcistina è una brutta tossina che può causare reazioni cutanee, problemi di stomaco, e persino danni al fegato. È prodotto da una minuscola alga blu-verde (cianobatteri) chiamata Microcystis, che si moltiplica come un matto al caldo, acqua ricca di sostanze nutritive. Sfortunatamente, Le fioriture di Microcystis stanno diventando sempre più comuni nei Grandi Laghi, che forniscono acqua potabile a milioni di persone. Questo mese i ricercatori di MBARI e della National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) stanno testando un nuovo robot sottomarino che nuoterà intorno al lago Erie misurando la quantità di microcistina e alghe nell'acqua, e inviare i suoi risultati a terra in tempo reale.

Il robot è uno dei veicoli subacquei autonomi a lungo raggio (LRAUV) di MBARI. Con un diametro di circa 30 centimetri (un piede) e una lunghezza di 230 centimetri (7,5 piedi), sembra un piccolo, siluro giallo e arancione. Ma è molto più lento di un siluro ed è progettato specificamente per trascorrere settimane in acqua a raccogliere dati scientifici.

Negli ultimi otto anni, Gli scienziati e gli ingegneri di MBARI hanno costruito LRAUV e li hanno usati per studiare le alghe microscopiche e la chimica dell'oceano al largo della costa della California. Nel 2018, hanno costruito un nuovo LRAUV che trasporta un laboratorio di biochimica robotica. Questo laboratorio automatizzato è chiamato Processore di Campioni Ambientali di terza generazione (3G ESP). Mentre il LRAUV si muove nell'acqua, il 3G ESP raccoglie campioni d'acqua, li filtra, e quindi elabora i campioni per rilevare organismi microscopici o tossine come la microcistina. Dopo aver analizzato i campioni, il 3G ESP può inviare i suoi risultati agli scienziati a terra tramite collegamento satellitare.

Gli ingegneri MBARI stanno lavorando al 3G ESP da circa cinque anni. Questa primavera ha segnato la sua prima grande prova, con LRAUV che trasportano ESP 3G nell'oceano aperto al largo delle Hawaii per raccogliere campioni delle alghe microscopiche che supportano le reti trofiche dell'oceano aperto. Alla fine di luglio 2018 un simile LRAUV ha raccolto alghe nocive e monitorato le tossine algali nelle acque fredde della baia di Monterey. Ora questo stesso veicolo viene utilizzato per monitorare la microcistina nelle acque del lago Erie.

Perché così tante città prendono l'acqua potabile dai Grandi Laghi, La NOAA emette già previsioni che prevedono dove e quando è probabile che le fioriture algali dannose producano microcistina. I ricercatori sperano che i dati dei LRAUV alla fine possano aiutare con queste previsioni. Come Steve Ruberg, uno scienziato del Great Lakes Environmental Research Laboratory della NOAA, sottolineato, "Ottenere informazioni su quanto siano profonde le tossine da una fioritura algale dannosa e quanto siano vicine ai tubi di presa dell'acqua municipale può aiutare il NOAA a migliorare le previsioni e gli strumenti di supporto decisionale da cui dipendono le comunità dei Grandi Laghi".

Gli ingegneri MBARI hanno implementato una versione di seconda generazione dell'ESP nel Lago Erie nel 2017. Nell'ultimo anno, questo strumento ha misurato le concentrazioni di microcistina da un ormeggio a circa 6,5 ​​chilometri (quattro miglia) a ovest della principale presa di acqua potabile per la città di Toledo, Ohio.

Il progetto 2018 prevede diverse "prime volte". È la prima volta che i veicoli autonomi di MBARI troveranno la loro strada in uno specchio d'acqua relativamente poco profondo come il lago Erie, che ha una profondità media di circa 19 metri (62 piedi). È anche la prima volta che il 3G ESP di MBARI è stato dotato di strumenti automatizzati per rilevare la microcistina.

Dopo aver lanciato il LRAUV da una piccola barca, i ricercatori torneranno a terra per monitorarne i progressi. Il robot rimarrà sott'acqua per la maggior parte del tempo, ma emergono periodicamente per far sapere agli scienziati dove si trova e cosa sta "vedendo". Raccoglierà e conserverà anche campioni d'acqua per successive analisi a terra.

I microbiologi estrarranno il DNA da questi campioni conservati per scoprire non solo Microcystis, ma l'intera comunità di microbi nel lago. Questo li aiuterà a capire le condizioni che contribuiscono a pericolose fioriture algali.

"Questo approccio è unico nel senso che stiamo unendo elementi di robotica, biochimica, e sistemi autonomi liberi, " ha detto Chris Scholin, presidente di MBARI e inventore dell'Environmental Sample Processor. "Il nostro obiettivo è rilevare e tracciare le tossine mentre cambiano nello spazio e nel tempo. In questo modo non faremo affidamento su sensori fissi e sull'invio di persone per raccogliere campioni e quindi elaborarli. Facendo progredire lo stato dell'arte nelle tossine mobili- capacità di rilevamento, speriamo di fornire alla fine nuove opzioni per i gestori delle risorse e le agenzie di sanità pubblica".