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将实验室带入海洋:自动化协同机器人成功追踪微生物群落

 

 

来源:蒙特利湾水族馆研究所                                           发布时间:2021年1月13日

 

       海洋微生物是全球气候系统中必不可少的参与者,它们消耗二氧化碳产生世界上大约一半的氧气,并构成海洋食物网的基础。开放海洋的涡旋可以跨越100多公里,持续数月之久。当这些涡流在北半球逆时针旋转时,会将含有丰富营养的海水从深处带入海洋表层。这时的海洋表层中,来自上方的光线和来自下方的营养物质汇聚在一起,为浮游植物创造了理想的环境。尽管海洋涡流可能会对微生物产生巨大影响,但是直到现在,我们还无法在涡流动态中研究微生物群落的变化。最近,来自夏威夷马诺阿大学(UHMānoa)和伍兹霍尔海洋学研究所等机构的研究人员经过多年的开发和测试,成功证明了一群自动机器人可以在海洋涡流环境中跟踪和研究移动的微生物群落。该研究工作的结果最近发表在《科学-机器人》上。

       研究人员使用卫星成像技术在夏威夷群岛以北找到了一个涡流。他们从施密特海洋研究所(SOI)的研究船上部署了一支由三个机器人组成的机器人团队,其中包括两台远程自主水下航行器(LRAUV)和一台Wave Glider水面飞行器。两个LRAUV(Aku和Opah)和一个Wave Glider机器人(Mola)组成了一个协调系统来研究DCM。第一个LRAUV(称为Aku)充当主要的采样机器人。它被编程为定位,跟踪和采样DCM(深层叶绿素最大值)。DCM可以作为浮游植物的指示值.DCM海水层中是海洋微生物生存的最适环境,因为来自上层的阳光和底层的营养在此汇集。第二个LRAUV(称为Opah)以声学方式跟踪Aku,并在其周围垂直旋转,以收集有关DCM周围环境的重要信息。此外,LRAUVs Aku和Opah还配备了一套传感器,用于测量温度、盐度、深度、溶解氧、叶绿素浓度、光学反向散射和光合有效辐射。Aku下潜一次可以连续工作多天对DCM进行了采样,而Opah每隔几个小时就浮出水面,通过卫星将信息中继回船上的科学家。Wave Glider表面机器人(名为Mola)也跟踪了Aku与声纳并与研究船上的科学团队进行了沟通。研究人员发现,Aku在其为期多天的采样任务过程中准确一致地跟踪了DCM。

                 

两个LRAUV(Aku和Opah)和一个Wave Glider机器人(Mola)组成了一个协调系统来研究DCM。

Opah和Mola对主要采样机器人Aku进行了声学跟踪。  图片:MBARI
 

       除了组织这种机器人群的非凡工程壮举之外,该研究还提供了与生物群落如何在涡旋漩涡中的动态变化。RNA测量表明,随着涡流减弱,DCM中浮游植物的生物量减少。"这种适应性方法使我们对这个浮游生物群落内部和周围的环境过程有了新的认识。"这些机器人团队现在还用于监测其他对海洋健康的主要干扰,例如有害的藻华和溢油。"由于气候变化,污染和过度捕捞等人类活动导致我们的海洋正在发生快速变化,因此这项技术具有改变我们理解和预测海洋健康的能力的潜力," 研究人员说。

       自主的机器人团队使研究人员能够基于舰船或遥感技术无法实现的方式观察复杂的系统。在COVID-19大流行这个研究人员出海机会大为减少的时代,自主机器人团队提供了一种有效的方式来继续探究海洋。

 

 

 

 

原文链接:Taking the lab into the ocean: A coordinated fleet of robots successfully tracks and monitors microbial communities

编译:刘晓琳