Profesor okeanskog inženjerstva i okeanografije Univerziteta u Rod Ajlendu, zajedno sa multidisciplinarnim istraživačkim timom iz više institucija, uspešno je demonstrirao nove tehnologije koje mogu da dobiju očuvano tkivo i 3D slike visoke rezolucije u roku od nekoliko minuta od susreta sa nekim od najkrhkijih životinja u dubini okeana.
Profesor URI Brenan Filips, glavni istraživač na projektu, i tim od 15 istraživača iz šest institucija, uključujući URI, pokazali su da je moguće obrijati godine od procesa utvrđivanja da li je otkrivena nova ili retka vrsta. Rezultati njihovog rada objavljeni su danas (17. januara) u časopisu Science Advances.
Robotičari, okeanski inženjeri, bioinženjeri i morski i molekularni biolozi sa URI-jevog Odeljenja za okeansko inženjerstvo; Bigelov Laboratori for Ocean Sciences u East Boothbai, Maine; Fakultet za inženjerstvo i primenjene nauke na Univerzitetu Harvard; Monterei Bai Akuarium Research Institute (MBARI) u Kaliforniji; PA Consulting, svetska firma koja se fokusira na inovacije; i Odeljenje za prirodne nauke na Baruh koledžu, Gradski univerzitet u Njujorku, činili su tim. Rad predstavlja petogodišnje istraživanje.
Revolucionarni napredak u podvodnom snimanju, robotici i genomskom sekvenciranju preoblikovao je istraživanje mora, tvrdi studija. Istraživanje pokazuje da je u roku od nekoliko minuta od susreta sa dubokomorskom životinjom moguće uhvatiti detaljna merenja i kretanje životinje, dobiti ceo genom i generisati sveobuhvatnu listu eksprimiranih gena koji ukazuju na njihov fiziološki status u duboki okean. Rezultat ovih bogatih digitalnih podataka je „sajbertip“ jedne životinje, a ne fizički „holotip“ koji se tradicionalno nalazi u muzejskim zbirkama.
„Trenutno, ako istraživači žele da opišu ono za šta veruju da je nova vrsta, suočavaju se sa teškim procesom“, rekao je Filips. „Način na koji se to sada radi je da uhvatite primerak, što je veoma teško jer su mnoge od ovih životinja tako delikatne i tanke kao tkivo, i verovatno nećete moći da ih prikupite uopšte. Ali ako uspešno sakupite životinju, onda je čuvate u tegli.
„Tada počinje dug proces fizičkog donošenja tog primerka u različite kolekcije širom sveta gde se upoređuje sa postojećim organizmima. Posle dugo vremena, ponekad i do 21 godine, naučnici mogu postići konsenzus da je reč o novoj vrsti.
„Opet, ovo su dubokomorski, tanki mali pramenovi životinja. Trenutni tok posla nije odgovarajući. To je glavni razlog zašto imamo toliko neopisanih vrsta u okeanu.“
Informacije dobijene iz studije – i druge koje slede – mogle bi biti korisne za studije prevencije izumiranja, jer pružaju obilje informacija iz jednog primerka dobijenog tokom jednog susreta. Rad takođe odgovara na sve veći poziv istraživača na saosećajno prikupljanje, koje minimizira štetu po životinje korišćenjem naprednih tehnologija za prikupljanje informacija. Buduće studije i razvoj bi mogli da omoguće potpuna skeniranja i inventare života u dubokom moru u okviru „uhvati i pusti“.
„Vizija je bila: kako bi morski biolog mogao da radi na boljem razumevanju i povezivanju sa životom u dubokom moru decenijama ili vekovima u budućnosti?“ rekao je David Gruber, uvaženi profesor biologije na Baruh koledžu, Gradski univerzitet u Njujorku, i istraživač Nacionalnog geografskog društva. „Ovo je demonstracija o tome kako bi interdisciplinarni tim mogao da sarađuje kako bi pružio ogromnu količinu novih informacija o životu u dubokom moru nakon jednog kratkog susreta.
„Krajnji cilj je nastaviti ovim putem i poboljšati tehnologiju kako bi bila što je moguće minimalno invazivna – slično pregledu kod doktora u dubokom moru. Ovaj pristup postaje sve važniji s obzirom da je trenutno izumiranje 100 puta veće od pozadinskog izumiranja stope“.
Filips je rekao da je prikupljanje ovih uzoraka oduvek bilo teško, da postoje mnoge dubokomorske vrste koje tek treba da budu identifikovane. „Kada pogledate klimatske promene i dubokomorsko rudarenje i njihove potencijalne efekte, to je uznemirujuće“, rekao je Filips. „Shvatate da nemate punu osnovnu liniju vrsta i možda ne znate šta ste izgubili pre nego što bude prekasno. Ako želite da znate šta je bilo tamo pre nego što je nestalo, ovo je novi način da to uradite .“
Misija je sprovedena na istraživačkom brodu Falkor i obuhvatala je dve ekspedicije na obalama Havaja i San Dijega 2019. i 2021. Tim je prikupljao čak 14 očuvanih uzoraka tkiva dnevno, zajedno sa terabajtima kvantitativnih digitalnih snimaka. Zajedno, studija je obezbedila:
Glavni autor rada, Džon Berns, viši naučnik u laboratoriji Bigelov, sproveo je genomsku analizu na četiri životinje uzorkovane na dubinama od skoro 4.000 stopa.
„Ono što smo uspeli da postignemo sa ovim životinjama je izuzetno“, rekao je Berns. „Za mene, ovo se najbolje vidi u podacima o sekvenci koje smo generisali za crva Tomopteris: uhvatili smo ga dok je istraživao svoje okruženje i mogli smo da zaključimo da skenira vodu koristeći dva duga senzorna brka u blizini svoje glave za „slatko“. ‘ ukusi: verovatno šećeri povezani sa plenom, a verovatno i za amonijak: otpadni proizvod njegovog tipičnog plena.
„Sa tim informacijama možemo zamisliti kako lovi prateći hemijske tragove u svom staništu na otvorenom moru“, rekao je Berns. „Mislim da to ne bi bilo moguće bez inovativne tehnologije koju su izmislili i koristili inženjeri u timu koja je omogućila potpuno očuvanje informacija od životinja u roku od nekoliko minuta nakon susreta.
Berns je rekao da je druga studija sa Gruberom razmatrala kako metode hvatanja utiču na ribonukleinsku kiselinu meduza, poznatu kao RNK, jedan od gradivnih blokova života. Taj redosled informacija može početi da se menja nakon oko 10 minuta stresnih uslova, čak i uz nežno prikupljanje. Tehnologije Dizajniranja budućnosti ovo prevazilaze tako što čuvaju informacije pre nego što ćelije životinje počnu da reaguju na stres, kaže Berns.
„Takođe smo otkrili da tri životinje koje smo uhvatili imaju ogromne genome: svaka ima skoro 10 puta više DNK u ćeliji u poređenju sa nama ljudima“, rekao je Berns. „Četvrto, sa genomom skromnije veličine (oko 3% veličine ljudskog genoma) bili smo u mogućnosti da koristimo najsavremenije metode sekvenciranja kako bismo izgradili najkohezivniji i najpotpuniji genom soli do sada.
Harvard i URI doneli su u misiju sklopivi dodekaedar (RAD-2), inovativni origami inspirisan robotski uređaj za enkapsulaciju, koji je prikupljao uzorke životinjskog tkiva i skoro trenutno sačuvao to tkivo u dubini.
„Vidimo uticaj novih tipova morskih robota za istraživanje srednjeg i dubokog mora“, rekao je robotičar Robert Vud, profesor inženjerstva i primenjenih nauka Harvardskog univerziteta Harvard Luis i Marlin MekGrat. „Ne samo da roboti idu na mesta do kojih je ljudima teško ili nemoguće doći, naši uređaji istražuju, stupaju u interakciju sa uzorcima i sakupljaju ih blagim dodirom… ili bez dodira uopšte.
Sistemi za snimanje iz laboratorije Bioinspiration MBARI koji su uključivali uređaj za lasersko skeniranje pod nazivom DeepPIV i trodimenzionalnu kameru svetlosnog polja pod nazivom EieRIS omogućili su merenje i rekonstrukciju trodimenzionalne morfologije, ili oblika tela, životinja u njihovom prirodnom okruženju.
„Ne možemo da zaštitimo ono što još uvek ne razumemo u potpunosti. Napredne tehnologije snimanja mogu da ubrzaju naše napore da dokumentujemo raznolikost života u okeanu. Što brže možemo da katalogizujemo morski život, to bolje možemo da procenimo i pratimo uticaj ljudskih akcija kao što su klimatske promjene i rudarstvo u okeanskim sredinama“, rekla je Kakani Katija, bioinženjerka i glavni inženjer Bioinspiration Lab u MBARI.
„Imamo ova vozila na daljinsko upravljanje sa naprednim sistemima za snimanje, koji mogu da naprave trodimenzionalni model nakon samo nekoliko minuta“, rekao je Filips. „Uspeli smo da priđemo maloj meduzi za nekoliko sekundi, prikupimo 3D slike visoke rezolucije do kontrolne sobe, a naš tim je za nekoliko minuta uspeo da kaže da su pipci dugački tačno 5 milimetara. Zatim smo imali izuzetno dobro očuvane uzorke tkiva iste životinje u roku od nekoliko minuta.“
