I ricercatori della Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) hanno concepito e testato con successo un dispositivo portatile, DISCOTECA, che ha eseguito le prime misurazioni in situ di un tipo di ossigeno altamente reattivo, noto come superossido, che possono svolgere un ruolo fondamentale nella salute delle barriere coralline. I loro risultati sono stati pubblicati come un primo articolo di visualizzazione il 29 ottobre nel giornale di Scienze e tecnologie ambientali .

Il superossido è una sostanza chimica reattiva che è un sottoprodotto all'interno di tutti gli organismi respiratori e fotosintetizzanti. Questa forma instabile di ossigeno, o specie reattive dell'ossigeno (ROS), è incline a rubare o cedere elettroni. Come conseguenza, è noto che il superossido catalizza le reazioni chimiche che possono portare al cancro e ad altre malattie:uno dei tanti motivi per cui le diete odierne sottolineano l'incorporazione di cibi ricchi di antiossidanti, come i mirtilli, noci o cioccolato fondente. Però, in molti organismi, compresi i coralli, la natura del superossido può essere più complicata.

"Una volta [il superossido] era considerato solo tossico, " dice il chimico marino WHOI Colleen Hansel, un coautore dello studio. "Ma ora sappiamo che è usato per molti processi benefici. Nei funghi, piante e anche animali, il superossido è importante per la risposta immunitaria di un organismo [per esempio]. Quella [logica] non si è ancora trasferita nella vita marina".

Hansel e il suo team hanno studiato l'interazione della sostanza chimica con i microrganismi simbionti che abitano le barriere coralline. Prove preliminari suggeriscono che mentre i coralli potrebbero non essere immuni agli effetti tossici del superossido quando raggiunge alte concentrazioni all'interno delle loro cellule, potrebbero anche utilizzare la sostanza chimica al di fuori delle loro cellule per motivi benefici, come una difesa contro le infezioni marine, alcune delle quali possono essere stimolate dalle temperature oceaniche più calde.

"Il superossido si riflette sugli organismi come una sorta di effetto riccioli d'oro, "dice Kalina Grabb, l'autore principale dello studio e studente del programma congiunto WHOI-MIT nel laboratorio di Hansel. "Non vuoi troppo perché può portare a stress ossidativo, ma non si vuole troppo poco perché è essenziale per le funzioni fisiologiche".

Fino a poco tempo fa, la natura effimera del superossido ha reso incredibilmente difficile il campionamento nell'ambiente marino:la sostanza chimica dura solo pochi minuti nell'acqua di mare. Questo tradizionalmente non lasciava tempo per trasferire i campioni d'acqua in un laboratorio per un'analisi adeguata. Allo stesso tempo, altri sistemi a bordo di una barca erano ingombranti da utilizzare e potevano essere utilizzati solo in ambienti molto selezionati.

Per superare questi limiti, L'ingegnere WHOI Jason Kapit e lo scienziato WHOI Scott Wankel hanno lavorato a stretto contatto con Hansel e il suo laboratorio per sviluppare il primo sensore chemiluminescente sommergibile portatile azionato da DIver, o DISCO. Con esso, sono stati in grado di campionare le concentrazioni di superossido in tempo reale durante un viaggio di ricerca del 2017 nel sistema incontaminato della barriera corallina di Cuba, Jardines de la Reina.

Il dispositivo portatile squadrato comprende una batteria sigillata ad acqua e uno schermo tablet che i subacquei possono operare in profondità. Dentro, le pompe fluidiche assorbono la sostanza chimica invisibile mentre i coralli la producono. DISCO aggiunge quindi una sostanza chimica alla miscela che reagisce con il superossido per creare luce misurabile, letto da un sensore di bordo. Armati di questi strumenti, DISCO ha rilevato notevoli differenze nei livelli di superossido tra le specie di coralli nel suo primo test sul campo.

"Ora, vogliamo essere in grado di arrivare al perché, " aggiunge Hansel. "Perché producono di proposito superossido e questo aiuta il corallo o è in qualche modo correlato allo stress?"

Dal suo inizio, DISCO è stato riprogettato per diventare ancora più portatile e leggero. Nel 2018, Hansel, Wankel e Kapit hanno collaborato a un'altra iterazione del dispositivo, questa volta a circa la metà delle dimensioni e del peso del suo predecessore. Il team ha anche adattato DISCO in una versione di acque profonde conosciuta come SOLARIS per accompagnare il sommergibile occupato dall'uomo di WHOI, ALVINO. Nell'ottobre 2019, sono stati in grado di utilizzare SOLARIS per rilevare il superossido prodotto dai coralli a 1, 300 metri di profondità (~4, 200 piedi) lungo il Davison Seamount al largo della costa della California centrale.

"Stiamo già parlando di cosa possiamo fare dopo con questa tecnologia, " dice Hansel. "Come possiamo costruire nuovi sensori che incorporino altre specie reattive dell'ossigeno per comprendere appieno il loro ruolo nella salute degli organismi e nella chimica degli oceani? Non vedo una fine in vista".