Sembra un bidone della spazzatura che sobbalza nelle acque al largo della costa della California. Ma non è certo spazzatura. Infatti, può svolgere un ruolo chiave nel monitoraggio della salute dei nostri oceani.

I segni vitali? La salute dei più piccoli abitanti dei mari:il fitoplancton.

Dalle diatomee racchiuse nel vetro ai dinoflagellati che possono causare fioriture di alghe tossiche, il fitoplancton è un gruppo eterogeneo di alghe che vive nell'oceano. Servono come base della catena alimentare oceanica e sono responsabili del ciclo dei nutrienti nell'acqua e della produzione di ossigeno attraverso la fotosintesi.

"Un respiro di ossigeno su due che prendi proviene da piante nell'oceano, e la maggior parte delle volte le persone non ci pensano perché sono microscopiche, " ha detto Bethany Kolody, uno studente laureato ricercatore presso la Scripps Institution of Oceanography di San Diego.

Ma la diversità del fitoplancton rende difficile prevedere come risponderanno ai cambiamenti nell'oceano, specialmente quelli dovuti al riscaldamento globale, e come le loro reazioni influenzeranno la salute dell'oceano nel suo complesso.

Un afflusso di sostanze nutritive in una particolare area può alimentare una massiccia crescita di alghe. Il cambiamento della temperatura dell'acqua può spostare la distribuzione delle fonti di cibo disponibili. Le chiazze di mare possono assorbire anidride carbonica e acidificare.

Tutti questi cambiamenti richiedono che il fitoplancton risponda alle nuove pressioni. Sfortunatamente, origliarli può essere un po' una sfida.

Se i ricercatori non hanno pianificato una spedizione quando si verifica uno di questi eventi oceanici, potrebbe anche non essere successo, ha detto Andrew Allen, un oceanografo microbico ed ecologista presso Scripps.

"Devi davvero essere nel posto giusto al momento giusto per campionare, " Egli ha detto.

Una soluzione può presentarsi sotto forma di "un laboratorio in una lattina, ", ha affermato il biologo molecolare Chris Scholin, presidente e amministratore delegato del Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). È un robot oceanico che porta in mare gli strumenti di un laboratorio di biologia molecolare.

Questo robot, chiamato Environmental Sample Processor, o ESP in breve, è stato sviluppato circa 15 anni fa da Scholin e dal suo team presso MBARI.

Scholin ha avuto l'idea mentre stava studiando le fioriture di alghe dannose nel Golfo del Maine.

"Sono rimasto sbalordito dal modo in cui le persone andavano in mare e mettevano gli strumenti nell'acqua, e potevano dirti tutto quello che stava succedendo, " ha detto. "Ma quando è arrivato il momento di contare effettivamente le alghe tossiche per scopi di salute pubblica e ricerca, ci vorrebbero giorni».

Così Scholin e i suoi colleghi si misero al lavoro.

Primo, dovevano capire cosa ci sarebbe voluto per progettare e costruire questo robot oceanico.

Raccolta di campioni d'acqua sott'acqua, dove la pressione è maggiore di quella a terra, era un ostacolo. Un altro è stato prelevare un campione abbastanza grande da riempire un secchio domestico e condensarlo in poche gocce per l'analisi molecolare.

Una volta raccolti i campioni, il robot dovrebbe essere in grado di raccogliere e immagazzinare materiale genetico dai microbi oceanici senza refrigerarli o congelarli.

"Era un lavoro un po' più grande di quanto pensassi, " ha detto Scholin.

Dopo approfondite ricerche e test, l'ESP che ha debuttato nel 2006 è stato in grado di raccogliere campioni di DNA e registrare le temperature dell'acqua. Ha annotato la sua posizione precisa e la velocità di deriva mentre veniva prelevato ogni campione, consentendo ai ricercatori di correlare i loro risultati con le mutevoli condizioni oceaniche. Potrebbe persino analizzare le caratteristiche del DNA degli organismi raccolti e inviare le informazioni ai ricercatori in attesa a terra con un leggero ritardo.

Ci sono più di 20 robot ESP attualmente in uso dai laboratori di tutto il mondo. La maggior parte sono negli Stati Uniti, ma uno è in Danimarca e altri due sono diretti in Cina, ha detto Scholin.

Stefania Moore, un oceanografo ricercatore presso il Northwest Fisheries Science Center della National Oceanic and Atmospheric Administration, ha dispiegato un ESP al largo della costa di Washington in un luogo noto per le fioriture di alghe. Queste escrescenze tossiche di alghe possono trasformare i molluschi velenosi e far ammalare i pesci.

"Se vediamo alcune delle dannose concentrazioni di cellule di alghe o forse la concentrazione di tossine aumentare di soppiatto, possiamo attivare (l'ESP) per prelevare un campione aggiuntivo, "Ha detto Moore. "Avere quella comunicazione bidirezionale con lo strumento per tutto il tempo è davvero vantaggioso".

I robot sono particolarmente utili per monitorare i microbi in aree remote dove sarebbe costoso noleggiare spedizioni di ricerca, lei ha aggiunto.

L'ESP ha anche aiutato i ricercatori a studiare la genetica del fitoplancton.

Kolody, Allen e i loro colleghi di Scripps hanno recentemente analizzato i dati raccolti da un ESP al largo della costa della California per vedere come la variegata popolazione di microbi che viveva lì decidesse quali dei loro geni attivare o disattivare durante il giorno. Il robot è stato in grado di andare alla deriva con le correnti e di prelevare campioni della stessa popolazione di microbi ogni quattro ore.

"Possiamo finalmente avere un'idea di come questa popolazione sta cambiando nel tempo e di come reagisce ai diversi fattori ambientali:cambiamenti nella luce solare, cambiamenti nei nutrienti, interazioni tra i membri della popolazione, " ha detto Kolody.

Il team di Scholin presso MBARI è al lavoro su un nuovo ESP che sarà abbastanza piccolo da essere collegato a un veicolo subacqueo autonomo.

Un recente studio dei ricercatori di MBARI e NOAA ha dimostrato che questo ultimo robot è in grado di campionare il DNA che gli organismi marini lasciano nell'ambiente.

"Non solo ci sono tutti questi microrganismi, ma in realtà tracce di animali più grandi che non necessariamente vedi o catturi nel tuo piccolo campione d'acqua, " ha detto Scholin.

L'utilizzo di questi ESP per raccogliere il DNA ambientale sarà importante per monitorare la presenza di specie invasive e per studiare la biodiversità dell'oceano.

L'obiettivo di Scholin è che in futuro, "avremmo solo queste cose dappertutto, proprio come le stazioni meteorologiche, " Egli ha detto.

"Questo è solo l'inizio di questo tipo di campo, " ha detto. "Per usare l'analogia della musica, non siamo neanche lontanamente al punto in cui possiamo trasmettere in streaming. Siamo ancora nella fase di registrazione e riproduzione a questo punto. Ma ci sta arrivando. È una vera opportunità per ingegneri, scienziati e gruppi ambientalisti di lavorare insieme".

©2019 Los Angeles Times
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