La pandemia de COVID-19 ha hecho que sea especialmente difícil para los científicos marinos realizar observaciones y experimentos en el mar. Los cruceros de investigación se han reducido o cancelado porque es difícil mantener una distancia segura entre los científicos y la tripulación en los espacios reducidos de un barco de investigación. En esta situación actual, Los vehículos e instrumentos robóticos de MBARI han demostrado ser muy útiles.

Un ejemplo de ello es el Verano 2020 Controlado de MBARI, Ágil, y el experimento de Novel Ocean Network (CANON), que va del 14 de julio al 4 de agosto. La investigadora asociada Katie Pitz, quién estuvo involucrado en la planificación de la operación, explicado, "Para el experimento de este año, el muestreo real se realiza mediante instrumentos y vehículos autónomos que pueden ser monitoreados de forma remota por científicos en tierra. MBARI ha estado avanzando en tecnologías autónomas durante mucho tiempo, por lo que este es un gran ejemplo de cómo podemos aplicar estas tecnologías ".

Los experimentos CANON anuales de MBARI suelen emplear un gran número de barcos, robots, e instrumentos que se despliegan más o menos simultáneamente en la Bahía de Monterey para recolectar datos relacionados con un proceso físico y biológico específico en la bahía. Los experimentos CANON también son oportunidades para que los investigadores prueben nuevos tecnologías de vanguardia.

El experimento CANON de este año está diseñado para estudiar grandes grupos de anchoas y otros animales en el Cañón de Monterey y sus alrededores. Para averiguar dónde y cuándo se congregan estos animales en el cañón, Los investigadores de MBARI y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) están combinando dos tecnologías muy diferentes:ecosondas de alta resolución y ADN ambiental (eDNA).

Las ecosondas científicas utilizan ondas sonoras para crear imágenes de capas de animales a diferentes profundidades y, en algunos casos, incluso permitir que los científicos identifiquen estos animales. Con análisis de eDNA, Los biólogos pueden determinar qué tipo de organismos hay en un parche de océano simplemente recolectando una muestra de agua de mar y extrayendo ADN de esa agua de mar. Las secuencias de ADN del agua de mar se comparan luego con las secuencias de ADN conocidas para una variedad de organismos diferentes.

"Esta tecnología es análoga a un investigador forense que encuentra ADN en la escena de un crimen y lo compara con el banco de sospechosos en el depósito genético del FBI, "dijo Francisco Chávez, investigador principal de los experimentos CANON. "Nuestros sospechosos, " él continuó, "son vida en el mar".

Como señaló Pitz, La NOAA está muy interesada en explorar este nuevo enfoque. "La microbióloga Kelly Goodwin de la NOAA organizó los fondos para que MBARI recolectara muestras de eDNA y comparara los resultados con las observaciones de la ecosonda. Originalmente, íbamos a tener un barco de la NOAA como parte del experimento, pero a causa de la pandemia, el barco no pudo estar aquí ".

"Esta investigación se aplica directamente a los estudios de la NOAA sobre las poblaciones de peces, "Explicó Pitz." Usan ecosondas en los barcos para mapear la distribución de peces y redes para verificar qué peces están presentes. Durante CANON, estamos haciendo lo mismo, excepto que estamos usando ecosondas montadas en robots en la superficie y recolectando eDNA usando robots submarinos ".

Los robots de superficie utilizados en el experimento CANON se denominan "Wave Gliders, "y parecen tablas de surf cuadradas. A lo largo del experimento, un Wave Glider viaja en zig-zag sobre la parte interior del Cañón de Monterey, donde a menudo se encuentran cardúmenes de anchoa. A medida que el Wave Glider se mueve por la superficie, sus ecosondas capturan imágenes de bancos de anchoas y otros animales en el agua debajo.

Siguiendo al Wave Glider en su curso en zig-zag, hay un robot submarino llamado vehículo submarino autónomo de largo alcance (LRAUV), que está recolectando muestras de agua para el análisis de eDNA. Durante el experimento de dos semanas, el LRAUV recolectará hasta 60 muestras de agua utilizando un dispositivo de muestreo robótico diseñado por MBARI llamado Procesador de Muestras Ambientales (ESP). "Esta es una de las primeras veces que usamos el LRAUV para recolectar muestras bajo el agua en los mismos lugares que visita el Wave Glider acústico en la superficie, "dijo Pitz.

Aunque los robots se encargan de la mayor parte de la recopilación de datos y muestras, más de dos docenas de humanos también están involucrados en este experimento. Todos estos científicos ingenieros y se necesita personal de operaciones marinas para el lanzamiento, recuperar, y mantener los robots, y procesar y analizar las muestras y los datos.

Al final del experimento, después de que todos los robots regresen a la orilla, Los científicos e ingenieros de CANON comenzarán a procesar cientos de muestras para el análisis de eDNA. "During my first CANON experiment in Spring 2017, we collected only four eDNA samples autonomously, " said Pitz. "Now, with multiple ESPs, we have a huge increase in the number of samples we can collect and will need to process."

"It's a lot of work, " she added. "But having more samples is great for the science. And the samples can be stored in a freezer and preserved for years. Analytical methods for eDNA are improving rapidly, so it's nice to preserve some samples for later analysis in case a better technique comes along."

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"Speaking of cutting edge technologies, " Pitz said, "Another cool aspect of this experiment is that MBARI scientists Nathan Truelove and Charles Nye are using a desktop sequencer to sequence eDNA from water samples in near real-time—within a day or so."

"Benchtop sequencing has a higher error rate in reading the DNA than next-generation methods that involve large sequencing machines, " she explained. "So the data processing is a lot more challenging. But being able to sequence DNA in a day would be great compared to shipping samples out to a lab, which can take several weeks. Finalmente, we hope to be able to host this tiny sequencer on our LRAUV."

Although MBARI engineers have had great success building robots that communicate effectively with one another, Pitz noted that one of the biggest challenges in this experiment is keeping lines of communication open among the humans involved. "We need to decide the best times and places to collect samples while making sure the LRAUV doesn't burn out its battery or hit the bottom. This requires lots of communicating between the scientists, ingenieros and marine operations staff. As a scientist at MBARI, one of the things I've learned is that, in order to get good scientific data, you need to work closely with the engineers to understand and adapt to the limitations of the equipment."

The Summer 2020 CANON experiment is a prime example of how researchers can collect vast amounts of useful data by sending robots instead of people out to sea. "This mode of operation will increase dramatically in the future, " said Chavez. "Not only because of COVID but because of the need for persistent and globally distributed observations of life in the sea."