پهپاد رباتیک زیرآبی که با ابزاری ۱۰۰ ساله مجهز شده است رازهای شکوفایی جلبک‌های قطب شمال را فاش می‌کند
محققان از دانشگاه علوم و فناوری نروژ در حال استفاده از ترکیبی از خودروهای زیرآبی خودمختار پیشرفته (AUVs) و ابزارهای ثابت‌شده نمونه‌برداری از آب برای مطالعه شکوفایی‌های جلبک‌های کوچک در بهار در قطب شمال هستند که توسط نور خورشید و آب‌های گرم‌تر بهار تحریک می‌شوند.
این رویکرد بین‌رشته‌ای به روشن کردن توزیع و دینامیک پلانکتون‌ها می‌پردازد و تصویری شفاف‌تر از فرآیندهای زیستی اقیانوس ارائه می‌دهد.
«بهار زمان پرتحرکی در اقیانوس است و شکوفایی جلبک‌ها فرایندی دینامیک و پیچیده هستند. آن‌ها دشوار است که به‌تفصیل تحلیل شوند،» توضیح می‌دهد تواره مو-بیورکلوند، پژوهشگر دکترا در NTNU.
نقشه‌برداری از شکوفایی‌ها
مو-بیورکلوند و زیست‌شناس دریایی سانا ماجانوا مجهز به AUVهایی با قابلیت تشخیص فلورسانس به فیوردهای قطب شمال می‌روند تا کلروفیل، رنگدانه فتوسنتزی در جلبک‌های کوچک را نظارت کنند.
در حالی که ماجانوا به سامپلر آب یک قرن پیش متکی بود، مو-بیورکلوند ربات‌های پیشرفتهای را برای یافتن و نقشه‌برداری از پرتراکم‌ترین غلظت‌های جلبک‌ها مستقر کرد.
با وجود توانایی فنی آن‌ها، داده‌های ربات‌ها اغلب به تأیید نمونه‌بردار ساده اما مطمئن نیاز داشتند. این همکاری از تکنولوژی‌های نو و قدیمی دقیق‌تر و درک فضایی وسیع‌تری به ارمغان آورد.
«این چیزها [سامپلرهای آب] واقعاً کار می‌کنند. مشکل در توسعه تکنولوژی این است که چیزهایی که می‌سازیم معمولاً کار نمی‌کنند. در مقابل، یک شبکه پلانکتون یا یک سامپلر آب تقریباً همیشه کار می‌کند،» می‌گوید مو-بیورکلوند.
توزیع پلانکتون‌ها در آب هیچ چیز جز یکدست نیست. پیچیدگی‌های کوچک شکوفایی‌های پلانکتون‌های کوچک ممکن است اینسایت‌های مهمی در زنجیره‌های غذایی دریایی داشته باشند. این مناطق ممکن است تعاملی بیشتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد بر تعاملات بین ارگانیسم‌ها تأثیر بگذارند، اما روش‌های نمونه‌برداری سنتی در درک این پیچیدگی مشکل دارند.
ماجانوا به اهمیت مطالعات تنوع زیستی در طول این شکوفایی‌ها اشاره کرد و یادآور شد که زوپلانکتون‌ها — مصرف‌کنندگان اصلی پلانکتون‌های کوچک — نقش محوری در انتقال انرژی در داخل اکوسیستم‌های دریایی بازی می‌کنند.
ربات‌های سازگار برای اندازه‌گیری‌های دقیق
AUVهای مو-بیورکلوند نه تنها غلظت کلروفیل را در یک شبکه سه‌بعدی نقشه‌برداری کردند بلکه با تکیه بر داده‌های آنی مسیر خود را بازتنظیم کردند تا از برخوردها اجتناب نموده و دقت اندازه‌گیری را بهبود بخشند. این ربات‌های سازگار قابلیت‌های چشمگیری برای نوآوری در تحقیقات دریایی نشان دادند و مناطق مهم را با جزئیات بی‌نظیری شناسایی کردند.
«اندازه‌گیری‌ها در طول مسیر استفاده می‌شوند تا تعیین کنند دفعه بعد کجا باید اندازه‌گیری کنند. ربات بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده در طول فرآیند تصمیم‌گیری می‌کند،» توضیح می‌دهد.
در حالی که این تکلیف آزمایشی بود، گامی مهم به سوی ادغام رباتیک در تحقیقات دریایی استاندارد بود. هدف نهایی توسعه ربات‌هایی است که قادر به جمع‌آوری خودکار نمونه‌های آب و تحلیل تنوع زیستی بدون حضور انسان باشند — راه‌حلی اقتصادی برای نظارت محیطی.
در تروندهایم، دو سال پس از تکلیف، ماجانوا به تحلیل نمونه‌های آب با استفاده از روش‌های ژنتیکی برای شناسایی ارگانیسم‌ها ادامه داده است، هر چند که چالش‌ها باقی مانده‌اند. کتابخانه‌های مرجع DNA ناقص هستند و پیدا کردن دقیق منشأ ارگانیسم‌ها در ستون آب پیچیده است.
ساختن روی موفقیت‌های گذشته
پروژه میراث نانسن ارزش همکاری بین‌رشته‌ای را گواه کرده است، با ترکیب بیولوژی، فناوری و مدل‌سازی آماری برای رویارویی با معماهای اقیانوسی. پروژه‌های جدیدی مانند Harvest و Mascot در حال توسعه بیشتر قابلیت‌های وسیله نقلیه‌های زیرآبی هستند، تمرکز بر نقشه‌برداری از توزیع زوپلانکتون‌ها و استراتژی‌های اندازه‌گیری انطباقی.
« اقیانوس به طور مداوم در حال تغییر است و ما هرگز قادر به اندازه‌گیری هر چیزی در تمام زمان نخواهیم بود. برای دستیابی به بهترین درک ممکن، ما نیاز داریم تلاش‌هایمان را در جالب‌ترین مناطق متمرکز کنیم،» می‌گوید پروفسور مارتین لودویگسن از NTNU.
ماجانوا بر نیاز به تلاش‌های تعاونی برای درک واقعاً پیچیدگی‌های اقیانوس تأکید دارد. «ما به دانش یکدیگر نیاز داریم تا تصویر بزرگ را ببینیم،» او نتیجه‌گیری می‌کند.
این مطالعه در PLOS One . منتشر شده است
