مکاترونیک نیوز | ربات‌های خودمختار زیر آب، مطالعات اقیانوس شناسی را با تغییرات حائز اهمیتی گسترش می‌دهند

به گزارش مکاترونیک نیوز، در یک گام بزرگ به سمت نظارت بهتر بر “تنوع زیستی اکوسیستم‌های اقیانوسی”، تحقیق جدیدی که اخیراً در مجله Environmental DNA منتشر شده است، جزئیاتی را نشان می‌دهد که بیان می‌کند چگونه دانشمندان مؤسسه تحقیقاتی آکواریوم خلیج مونتری (MBARI) از ربات‌های زیر آب بدون سرنشین برای نمونه‌برداری از DNA محیطی (eDNA) استفاده می‌کنند.

eDNA به محققان این امکان را می‌دهد تا حضور گونه‌های آبزی را از روی تکه های کوچک مواد ژنتیکی که از خود به جایمی گذازند شناسایی کنند. این اطلاعات DNA نشانه‌هایی در مورد تغییرات تنوع زیستی در مناطق حساس، وجود گونه‌های غیرمعمول یا در خطر انقراض و افزایش گونه های مهاجم را ارائه می دهد، که همگی برای درک، ترویج و حفظ یک اقیانوس سالم مهم هستند.

برای انجام این تحقیق، دانشمندان دو سیستم خودمختار منحصربفرد ایجاد شده توسط MBARI را ادغام کردند: یکی پردازشگر نمونه محیطی (ESP) و دیگری وسیله نقلیه خودمختار دوربرد زیر آب (LRAUV)

LRAUV یک “ربات ماهر” است که می تواند برای مدت طولانی به مناطق خلوت اقیانوس سفر کند، ESP نیز، یک “آزمایشگاه در یک قوطی” روباتیک است که آب دریا را غربال می‌کند و eDNA را برای تحقیقات آینده حفظ می‌کند. با ارائه ترکیبی از یک فن آوری ESP با یک فناوری LRAUV، دانشمندان می توانند مقیاس اطلاعات و در نتیجه نظارت دریایی را در فضا و زمان افزایش دهند.

در مقابل، نمونه‌برداری مرسوم از eDNA در اقیانوس به هفته‌ها در یک کشتی تحقیقاتی پرهزینه محدود به یک منطقه محلی وجود داشت که استفاده از این ترکیب منجصر به فرد از دو فن آوری، به میزان بسیار زیادی میتواند در وقت و زمان صرفه جویی کرده و اطلاعات بسیاری از مناطق متفاوت اقیانوس در یک دوره زمانی کوتاه جمع آوری کند. فناوری‌های نوآورانه‌ای از این قبیل، تلاش‌های حفاظت از دریا را متحول می‌کنند.

کوبون ترول لاو ، نویسنده اصلی مطالعه و اقیانوس شناس بیولوژیکی، MBARI می‌گوید:

ما می دانیم که eDNA ابزار فوق العاده قدرتمندی برای مطالعه جوامع اقیانوسی است، اما متاسفانه به آنچه می توانیم با استفاده از کشتی های تحقیقاتی سرنشین دار انجام دهیم محدود شده ایم. اکنون، فناوری خودمختار به ما کمک می کند تا از زمان و منابع خود برای مطالعه بخش های جدید اقیانوس استفاده بهتری کنیم.

تنوع زیستی اقیانوسی معیاری برای اندازه‌گیری تعداد فراوان گونه‌های زیستی در دریاها است. این تنوع به هم پیوسته ارگانیسم ها که از کوچکترین پلانکتون تا بزرگترین نهنگ ها تشکیل شده است، هوایی را ایجاد می کند که ما تنفس می‌کنیم، از شبکه‌های غذایی پشتیبانی می‌کند و آب و هوای محیط زندگی ما را کنترل می‌کند. ابزارهای خودمختار مانند ESP و LRAUV به دانشمندان MBARI اجازه می‌دهند تا حضور ثابتی در اقیانوس داشته باشند و تغییرات در اکوسیستم‌های ظریف را به روش‌هایی که در گذشته غیرممکن بود دنبال کنند.

کلی گودوین، نویسنده و همکار مطالعه، اداره ملی اقیانوسی و جوی می گوید:
با تغییر شرایط در اقیانوس‌ها و دریاچه‌های بزرگ، موجودات زنده حرکت می‌کنند و بر مردم و اقتصادهایی که به آن گونه‌ها متکی هستند تأثیر می‌گذارند. ما برای نظارت بر تنوع زیستی در مقیاس بزرگ به رویکردهای ارزان‌تر و ماهرانه‌تری نیاز داریم. این مطالعه توسعه هم افزایی eDNA و فناوری‌های بدون خدمه، نیاز ما را در پاسخ مستقیم به اولویت‌های تعیین‌شده در برنامه استراتژیک NOAA Omics ارائه می‌کند.

روش انجام این مطالعه:

برای این مطالعه، MBARI با دانشمندان آزمایشگاه اقیانوس شناسی و هواشناسی اقیانوس اطلس اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) و دانشگاه واشنگتن برای پایان دادن به سه سفر تحقیقاتی در پناهگاه دریایی ملی خلیج مونتری همکاری کرد. این تیم مجموعه نمونه را بین سه کشتی تحقیقاتی MBARIتوزیع نمود. یک تیم مستقر در کشتی بطری ها را به عمق خاصی انداختند تا نمونه‌های آب را جمع آوری و نگهداری کنند. در همین حال، یک LRAUV مجهز به یک ESP به طور مستقل از eDNA در اعماق و مکان‌های مشابه نمونه‌برداری کرده و آنها را نگهداری کرد. نمونه های eDNA برای تعیین توالی دقیق به آزمایشگاه فرستاده شد.

ارگانیسم های به هم پیوسته بخش های معمولی DNA را به اشتراک می گذارند که نشانگر ژن نامیده می شود. برای این تحقیق، تیم نمونه‌های eDNA را از طریق روشی به نام متا بارکد بررسی کردند. این تکنیک به دنبال گزیده‌های کوتاه DNA است و تجزیه گروه‌های مشاهده شده در نمونه را ارائه می‌دهد. این روش به ویژه برای تفسیر داده‌های eDNA به اندازه گیری تنوع زیستی مفید است. دانشمندان چهار نوع مختلف از نشانگرهای ژنی را بررسی کردند که هر کدام نشانگر سطح متفاوتی از شبکه غذایی است. با هم، نتایج تصویر کامل تری از ترکیب جامعه ایجاد کردند. نمونه های جمع آوری شده از کشتی های تحقیقاتی و وسایل نقلیه بدون سرنشین، اشکال مشابهی از تنوع زیستی را نشان دادند.

کوبون ترول لاو ، مشاهده کرد که نتایج این مطالعه نشان‌دهنده یک گام محرک رو به جلو برای ردیابی اکوسیستم‌های اقیانوسی است. “این کار تماماً در مورد افزایش مقیاس تحقیقات eDNA مفید است. به جای نگاه کردن به یک گونه منفرد، می‌توانیم به طور گسترده‌تری ساختار جامعه زیستی در اقیانوس را بررسی و توصیف کنیم.”

فرانسیسکو چاوز، دانشمند ارشد و نویسنده همکار مطالعه، MBARI میگوید:

داده های خوب زیربنای مدیریت پایدار اقیانوس‌ها هستند. پایش منظم DNA محیطی، به ما می گوید چه کسی آنجاست و چه چیزی در طول زمان در حال تغییر است. وقتی نوبت به درک تأثیرات تغییر آب و هوا یعنی یکی از بزرگترین تهدیدات برای سلامت اقیانوس ها می رسد، این اطلاعات ضروری است.

LRAUV ها می توانند به طور مداوم برای هفته ها و همچنین صدها کیلومتر سفر کنند. آنها می‌توانند نمونه‌برداری مکرر را در مناطق مورد توجه نسبت به کشتی‌های تحقیقاتی معمولی، که فقط در مواقعی از مکان‌های مجزا بازدید می‌کنند، تسهیل کنند. ربات‌های خودگردان دانشمندان را قادر می‌سازند تا مناطقی از اعماق دریا را که قبلاً بررسی نشده بودند، کاوش کنند. پر کردن این خلاءها در داده ها برای ایجاد سلامت اقیانوس ها در سراسر جهان مهم است. اکتشاف مبتنی بر کشتی همچنان نقش مهمی در مطالعات اقیانوس شناسی ایفا خواهد کرد، اما گنجاندن یک پلت فرم جدید مستقل در جعبه ابزار ظرفیت تحقیق، ردیابی و مدیریت منابع را افزایش می‌دهد. در زمان مناسب، دانشمندان MBARI پیش‌بینی می‌کنند ناوگانی از LRAUVهای مجهز به فناوری ESP را برای انجام تحقیقات میدانی بسیار گسترده مستقر کنند.

نام خبرنگار : سمیه آموت سر

منبع خبر : www.azorobotics.com