O primeiro veículo subaquático do mundo projetado especificamente para coletar amostras biológicas e químicas da coluna de água do oceano concluiu com sucesso testes no mar na costa da Nova Inglaterra em 9 de julho, 2017. O novo veículo subaquático autônomo, chamado Clio, ajudará os cientistas a entender melhor o funcionamento interno do oceano.

Desenvolvido em uma colaboração de engenharia entre o Woods Hole Oceanographic Institution e a University of Texas Rio Grande Valley e em colaboração científica com a University of Michigan, O Clio melhorará a eficiência da amostragem e também reduzirá o tempo e o custo de amplas pesquisas biogeoquímicas, que são necessários para compreender os padrões e ciclos da teia alimentar marinha e o papel que o oceano desempenha na formação do clima da Terra.

"Esta nova ferramenta de pesquisa nos permitirá coletar com mais rapidez e eficiência as amostras de que precisamos para entender como os micróbios medeiam o ciclo dos elementos, como carbono, nos oceanos, "disse o microbiologista marinho da U-M Gregory Dick, um membro da equipe.

"Nós queremos saber, por exemplo, como os microorganismos oceânicos vão responder às mudanças globais, incluindo o aumento das temperaturas, concentrações crescentes de dióxido de carbono atmosférico, e aumentando a acidez do oceano, "disse Dick, um professor associado no Departamento de Ciências da Terra e Ambientais da U-M e no Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva.

"O objetivo de longo prazo do Clio é diminuir as barreiras para a conclusão de uma pesquisa global de microbiologia e bioquímica marinha, "disse John" Chip "Breier, cientista-chefe dos testes de mar e investigador principal do projeto da Universidade do Texas Vale do Rio Grande. "Em última análise, as capacidades do veículo irão expandir muito a capacidade de observação de nossa frota de pesquisa oceanográfica. "

Uma vez baixado de um navio, o Clio de mergulho vertical se propulsiona até o fundo do mar usando um par de propulsores e, em seguida, para em uma série de profundidades pré-programadas durante sua subida para filtrar a água e coletar amostras.

Sharon Grim, estudante de doutorado da U-M, participou do teste marítimo de 9 de julho e trouxe amostras que serão analisadas no laboratório de Dick. DNA e RNA serão extraídos e sequenciados. Os pesquisadores estão interessados ​​em todos os microrganismos marinhos, incluindo bactérias, archaea e eucariotos microbianos, bem como os vírus que os infectam.

"O Clio fez uma amostragem de micróbios em profundidades programadas, filtrando a água do mar, "Grim disse." Uma vez que estava de volta ao navio, recuperamos os filtros e iremos extrair e sequenciar os ácidos nucléicos deles.

"Esta análise nos dará uma visão geral dos tipos microbianos, metabolismos potenciais, e atividades na coluna d'água. Então, podemos ligar este instantâneo microbiano com os nutrientes, traços de metais e proteínas também coletamos para entender o papel dos micróbios no ciclo global de elementos. "

O veículo subaquático autônomo, ou AUV, é mais ou menos do tamanho de uma geladeira grande, pode mergulhar a uma profundidade máxima de 6, 000 metros (3,7 milhas) e pode operar debaixo d'água por 12 a 14 horas por vez. O Clio então retorna à superfície com pilhas de filtros que representam centenas de litros de água do mar que os oceanógrafos podem usar para medir a diversidade genética e funcional dos microrganismos marinhos, bem como nutrientes que controlam sua diversidade.

"Como um AUV, Clio ocupa um espaço de design único, "disse Mike Jakuba, engenheiro-chefe do WHOI e pesquisador principal do projeto. "Os AUVs são normalmente projetados para viajar horizontalmente ao longo do fundo do mar e fazer levantamentos a uma profundidade relativamente constante. Em contraste, O Clio deve viajar verticalmente na água e coletar amostras por longos períodos de tempo em muitas profundidades separadas por centenas a milhares de metros. "

Atualmente, pesquisadores coletam esses tipos de amostras marinhas usando bombas operadas por bateria, baixado a várias profundezas do oceano em um fio. As bombas sugam a água do mar por meio de um filtro que captura as partículas. Quando as bombas estão de volta ao convés, as cabeças contendo os filtros são removidas e levadas a um laboratório para análise.

Em grandes expedições que pesquisam bacias oceânicas inteiras, Clio pode estar na água realizando uma pesquisa, enquanto outros pesquisadores podem coletar simultaneamente conjuntos separados de amostras usando o sistema de fios.

Para demonstrar essa capacidade durante os testes de mar no início deste mês a bordo do R / V Neil Armstrong, a equipe de ciência do cruzeiro implantou um instrumento oceanográfico padrão montado com fio conhecido como uma roseta CTD, que mede a condutividade, temperatura, e profundidade, enquanto o Clio filtrava amostras simultaneamente em profundidades a algumas centenas de metros de distância.

Durante a expedição, Clio completou cinco mergulhos, incluindo dois mergulhos para 2, 000 metros (1,2 milhas), e filtrou mais de 1, 000 litros (264 galões) de água do mar de nove profundidades diferentes para análises microbiológicas e bioquímicas.

"Do ponto de vista da amostragem, tivemos que projetar um sistema versátil o suficiente para atender às necessidades científicas de uma ampla comunidade, simples o suficiente para operar rapidamente e com pouco treinamento, e compacto o suficiente para caber no AUV - um desafio com certeza, "disse Breier, professor associado da Universidade do Texas no Vale do Rio Grande e cientista adjunto do WHOI.

Os membros da equipe esperam que as pesquisas do Clio possam ser usadas para expandir os esforços de amostragem existentes, como o estudo GEOTRACES de longa duração - um esforço internacional para medir e estudar um amplo espectro de elementos, isótopos, e produtos químicos no oceano - fornecendo uma contrapartida biológica e bioquímica.

"Uma das coisas realmente interessantes é que o Clio fornece o tipo de amostras de biomassa necessárias para as novas abordagens 'ômicas' para medir moléculas celulares, como genômica, proteômica, e metabolômica, "disse Mak Saito, um biogeoquímico do Woods Hole Oceanographic Institution e um dos principais pesquisadores do Clio.

Ao analisar a biomassa que o Clio coleta, os cientistas podem dizer o que vive na água e os nutrientes que estão usando para realizar funções biológicas, e também aprender mais sobre o microbioma do oceano - o sistema microbiano que ajuda a impulsionar os processos de vida e o ciclo elementar na Terra.

Próximo, O Clio passará por um ano de testes científicos nas Bermudas a partir de abril de 2018. O financiamento para o design e desenvolvimento do Clio foi fornecido pelo Programa de Coordenação Interdisciplinar e Tecnologia do Oceano da National Science Foundation e pela Gordon and Betty Moore Foundation.