Ogni goccia di acqua di mare contiene migliaia di cellule che possono rivelare la diversità della vita nel nostro oceano. Utilizzando un laboratorio robotico autonomo e un veicolo subacqueo autonomo, Gli scienziati e gli ingegneri di MBARI stanno sviluppando tecniche di raccolta avanzate che un giorno potrebbero semplificare il lavoro dei biologi e dei gestori delle risorse.

Un recente studio conferma che i campioni di DNA ambientale (eDNA) raccolti autonomamente sono equivalenti ai campioni raccolti da persone che utilizzano metodi tradizionali, metodi manuali. eDNA si riferisce a tutto il DNA che può essere estratto da un campione ambientale, anche da una miriade di microrganismi e animali più grandi tramite particelle di pelle, muco, e rifiuti che versano.

Un numero crescente di ricerche indica che le indagini sulla fauna selvatica che utilizzano le analisi eDNA possono essere altrettanto (o più) accurate rispetto al semplice utilizzo di metodi tradizionali. Come tale, Le valutazioni eDNA sembrano offrire un mezzo molto promettente ed economico per monitorare la biodiversità, che presenta una proposta interessante per ricercatori e gestori di risorse che studiano gli ecosistemi oceanici.

La ricerca precedente in questo campo si è concentrata su specifiche di campionamento come i tipi di filtri utilizzati per concentrare l'eDNA da campioni di acqua o i metodi per analizzare e interpretare i segnali di eDNA trovati all'interno di tali campioni. È ancora una grande sfida capire come i ricercatori possono applicare le tecniche analitiche dell'eDNA su grandi distese oceaniche o per lunghi periodi di tempo. Attualmente, Le indagini eDNA in mare aperto richiedono molto tempo per la nave, che è costoso, ad alta intensità di lavoro, e limitante.

Per affrontare questi problemi, gli autori del nuovo studio hanno utilizzato una nuova generazione dell'Environmental Sample Processor (ESP) di MBARI e l'hanno abbinata al veicolo subacqueo autonomo a lungo raggio (LRAUV) di MBARI.

L'ESP è un laboratorio robotico compatto che automatizza la raccolta e l'elaborazione di campioni d'acqua. La versione utilizzata in questo studio può acquisire fino a 60 campioni. Il LRAUV porta lo strumento, permettendogli di spaziare liberamente nell'oceano per giorni o settimane dalla superficie a 300 metri (984 piedi) di profondità raccogliendo campioni in determinati momenti o in specifiche condizioni ambientali. Il risultato:un sistema che consente la raccolta dell'eDNA in mare senza la presenza umana sul campo.

"La fusione della robotica, L'analisi del DNA e le operazioni marine porteranno a una trasformazione nel modo in cui conduciamo le scienze oceaniche e questo lavoro sull'eDNA è solo l'inizio, " ha detto Jim Birch, che sovrintende al gruppo MBARI che ha sviluppato l'ESP.

L'obiettivo dei ricercatori era confrontare la capacità dell'ESP di raccogliere automaticamente campioni relativi a protocolli stabiliti che si basano su mani umane. I campioni per questi test provenivano dalla Kelp Forest Exhibit al Monterey Bay Aquarium e dalla stessa Monterey Bay.

Lo studio ha esaminato il DNA di piccoli organismi come microbi e fitoplancton, nonché animali più grandi come krill e acciughe. Il team ha anche testato l'efficacia dell'ESP per preservare i campioni di DNA che rimangono a bordo del LRAUV mentre è in mare.

"Il primo passo per "fidarsi" delle collezioni robotiche è dimostrare che danno risultati equivalenti ai metodi tradizionali. Questo lavoro è un'entusiasmante conferma di quel primo passaggio critico, " ha detto Betulla.

Per i campioni raccolti e conservati automaticamente, le concentrazioni di eDNA erano quasi uguali a quelle raccolte con metodi manuali sia per i microbi e il fitoplancton più piccoli che per il krill e le acciughe più grandi. I campioni di eDNA conservati con ESP non hanno mostrato differenze di concentrazione per nessuno degli organismi testati in un arco di tempo di 21 giorni, il periodo di tempo in cui il LRAUV può essere schierato e lontano dalla costa.

"Il LRAUV è un approccio agile alla valutazione dell'ecosistema. Lo strumento può essere utilizzato giorno o notte e in caso di maltempo, consentendo una risposta rapida agli eventi, " ha detto Kelly Goodwin, un coautore dello studio della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). "Perché un grande, la nave costosa non è richiesta, i campioni potrebbero essere raccolti più spesso. Una migliore copertura del campione potrebbe aiutare modelli e previsioni, che aiutano a mantenere le acque e i frutti di mare al sicuro e aiutano a sostenere i servizi che otteniamo dall'oceano, come la pesca".

La capacità di raccogliere il DNA in un modo più economico (ed efficiente in termini di tempo) ha il potenziale per rivoluzionare il modo in cui affrontiamo la scienza degli oceani e il monitoraggio degli ecosistemi. Dagli studi sui vortici oceanici a fiumi e laghi, automated sample collection and analytical systems offer opportunities for furthering our understanding of ocean processes, as well as tracking managed, invasive, or harmful species.

"This study demonstrates the ability to collect eDNA samples autonomously to make observations of complex biological processes at fine-scale temporal and spatial resolutions that are not possible to accomplish today using conventional sampling methods, " concluded MBARI Research Specialist Kevan Yamahara.