El primer vehículo submarino del mundo diseñado específicamente para recolectar muestras biológicas y químicas de la columna de agua del océano completó con éxito las pruebas en el mar frente a la costa de Nueva Inglaterra el 9 de julio. 2017. El nuevo vehículo submarino autónomo, llamado Clio, ayudará a los científicos a comprender mejor el funcionamiento interno del océano.

Desarrollado en una colaboración de ingeniería entre la Institución Oceanográfica Woods Hole y la Universidad de Texas Rio Grande Valley y en colaboración científica con la Universidad de Michigan, Clio mejorará la eficiencia del muestreo y también reducirá el tiempo y el costo de amplios estudios biogeoquímicos, que son necesarios para comprender los patrones y ciclos de la red alimentaria marina y el papel que juega el océano en la configuración del clima de la Tierra.

"Esta nueva herramienta de investigación nos permitirá recolectar de manera más rápida y eficiente las muestras que necesitamos para comprender cómo los microbios median en el ciclo de los elementos". como el carbono, en los océanos, "dijo el microbiólogo marino de la UM Gregory Dick, un miembro del equipo.

"Queremos saber, por ejemplo, cómo van a responder los microorganismos oceánicos a los cambios globales, incluido el aumento de las temperaturas, concentraciones crecientes de dióxido de carbono atmosférico, y aumento de la acidez del océano, "dijo Dick, profesor asociado en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Ambientales de la U-M y en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva.

"El objetivo a largo plazo de Clio es reducir las barreras para completar una encuesta global de microbiología y bioquímica marina, "dijo John" Chip "Breier, científico jefe de las pruebas en el mar e investigador principal principal del proyecto de la Universidad de Texas Rio Grande Valley. "Por último, las capacidades del vehículo ampliarán enormemente la capacidad de observación de nuestra flota de investigación oceanográfica ".

Una vez bajado de un barco, el Clio de inmersión vertical se propulsa hacia el fondo del lecho marino utilizando un par de propulsores y luego se detiene en una serie de profundidades preprogramadas durante su ascenso para filtrar el agua y recolectar muestras.

La estudiante de doctorado de la UM, Sharon Grim, participó en la prueba de mar del 9 de julio y trajo muestras que serán analizadas en el laboratorio de Dick. El ADN y el ARN serán extraídos y secuenciados. Los investigadores están interesados ​​en todos los microorganismos marinos, incluyendo bacterias, arqueas y eucariotas microbianos, así como los virus que los infectan.

"Clio muestreó microbios a profundidades programadas filtrando el agua de mar, "Grim dijo." Una vez que estuvo de vuelta en el barco, recuperamos los filtros y extraeremos y secuenciaremos los ácidos nucleicos de ellos.

"Este análisis nos dará un panorama general de los tipos de microbios, metabolismos potenciales, y actividades en la columna de agua. Entonces podemos vincular esta instantánea microbiana con los nutrientes, trazas de metales y proteínas que también recopilamos para comprender el papel de los microbios en el ciclo global de elementos ".

El vehículo submarino autónomo, o AUV, es aproximadamente del tamaño de un refrigerador grande, puede bucear a una profundidad máxima de 6, 000 metros (3,7 millas) y puede funcionar bajo el agua durante 12 a 14 horas seguidas. Luego, Clio regresa a la superficie con pilas de filtros que representan cientos de litros de agua de mar que los oceanógrafos pueden usar para medir la diversidad genética y funcional de los microorganismos marinos. así como nutrientes que controlan su diversidad.

"Como AUV, Clio ocupa un espacio de diseño único, "dijo Mike Jakuba, ingeniero principal de WHOI e investigador principal del proyecto. "Los AUV suelen estar diseñados para viajar horizontalmente a lo largo del lecho marino y para realizar estudios a una profundidad relativamente constante. Por el contrario, Clio debe viajar verticalmente en el agua y tomar muestras durante largos períodos de tiempo a muchas profundidades separadas por cientos a miles de metros ".

En la actualidad, Los investigadores recolectan este tipo de muestras marinas mediante el uso de bombas que funcionan con baterías, bajado a varias profundidades del océano en un alambre. Las bombas succionan agua de mar a través de un filtro que captura partículas. Cuando las bombas vuelvan a estar en cubierta, los cabezales que contienen los filtros se retiran y se llevan a un laboratorio para su análisis.

En expediciones importantes que inspeccionan cuencas oceánicas enteras, Clio puede estar en el agua realizando una encuesta, mientras que otros investigadores pueden tomar simultáneamente conjuntos separados de muestras utilizando el sistema de cables.

Para demostrar esta capacidad durante las pruebas en el mar a principios de este mes a bordo del R / V Neil Armstrong, el grupo científico de cruceros desplegó un instrumento oceanográfico estándar montado en alambre conocido como roseta CTD, que mide la conductividad, temperatura, y profundidad, mientras que Clio filtraba muestras simultáneamente a una profundidad de unos cientos de metros de distancia.

Durante la expedición, Clio completó cinco inmersiones, incluyendo dos inmersiones a 2, 000 metros (1,2 millas), y filtrado más de 1, 000 litros (264 galones) de agua de mar de nueve profundidades diferentes para análisis microbiológicos y bioquímicos.

"Desde la perspectiva del muestreo, tuvimos que diseñar un sistema que fuera lo suficientemente versátil para satisfacer las necesidades científicas de una amplia comunidad, lo suficientemente simple para operar rápidamente y con poca capacitación, y lo suficientemente compacto como para caber en el AUV, un desafío sin duda, "dijo Breier, profesor asociado en la Universidad de Texas Rio Grande Valley y científico adjunto en WHOI.

Los miembros del equipo esperan que las encuestas de Clio puedan usarse para expandir los esfuerzos de muestreo existentes, como el estudio GEOTRACES de larga duración, un esfuerzo internacional para medir y estudiar un amplio espectro de elementos, isótopos, y productos químicos en el océano, proporcionando una contraparte biológica y bioquímica.

"Una de las cosas realmente interesantes es que Clio proporciona el tipo de muestras de biomasa necesarias para los nuevos enfoques 'ómicos' para medir moléculas celulares, como la genómica, proteómica, y metabolómica, "dijo Mak Saito, biogeoquímico de la Institución Oceanográfica Woods Hole y uno de los principales investigadores de Clio.

Al analizar la biomasa recolectada por Clio, los científicos pueden saber qué vive en el agua y los nutrientes que utilizan para realizar funciones biológicas, y también aprenda más sobre el microbioma oceánico, el sistema microbiano que ayuda a impulsar los procesos de vida y el ciclo elemental en la Tierra.

A continuación, Clio se someterá a un año de pruebas científicas en Bermuda a partir de abril de 2018. Los fondos para el diseño y desarrollo de Clio fueron proporcionados por el Programa de Coordinación Interdisciplinaria y Tecnología Oceánica de la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Gordon y Betty Moore.