A pandemia COVID-19 tornou especialmente desafiador para os cientistas marinhos fazer observações e realizar experimentos no mar. Os cruzeiros de pesquisa foram interrompidos ou cancelados porque é difícil manter uma distância segura entre os cientistas e a tripulação nos espaços apertados de um navio de pesquisa. Nesta situação atual, Os veículos e instrumentos robóticos do MBARI provaram ser muito úteis.

Um caso em questão é o verão de 2020 controlado do MBARI, Ágil, e experimento da Novel Ocean Network (CANON), que vai de 14 de julho a 4 de agosto. A pesquisadora associada Katie Pitz, que estava envolvido no planejamento da operação, explicado, "Para a experiência deste ano, a amostragem real está sendo feita por instrumentos e veículos autônomos que podem ser monitorados remotamente por cientistas em terra. MBARI tem avançado tecnologias autônomas por muito tempo, portanto, este é um ótimo exemplo de como podemos aplicar essas tecnologias. "

Os experimentos anuais do CANON do MBARI geralmente empregam um grande número de navios, robôs, e instrumentos que são implantados mais ou menos simultaneamente na Baía de Monterey para coletar dados relacionados a um processo físico e biológico específico na baía. Os experimentos CANON também são oportunidades para os pesquisadores testarem novos, tecnologias de ponta.

O experimento CANON deste ano foi projetado para estudar grandes grupos de anchovas e outros animais dentro e ao redor do Monterey Canyon. Para descobrir onde e quando esses animais se reúnem no cânion, pesquisadores do MBARI e da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) estão combinando duas tecnologias muito diferentes - ecossondagens de alta resolução e DNA ambiental (eDNA).

Ecossondadores científicos usam ondas sonoras para criar imagens de camadas de animais em diferentes profundidades e, em alguns casos, até mesmo permitir que os cientistas identifiquem esses animais. Com a análise de eDNA, os biólogos podem determinar que tipos de organismos estão em um pedaço do oceano simplesmente coletando uma amostra da água do mar e extraindo DNA dessa água do mar. As sequências de DNA da água do mar são comparadas com sequências de DNA conhecidas para uma variedade de organismos diferentes.

"Esta tecnologia é análoga a um investigador forense que encontra DNA na cena de um crime e o compara ao banco de suspeitos no repositório genético do FBI, "disse Francisco Chávez, pesquisador líder nos experimentos CANON. "Nossos suspeitos, " Ele continuou, "são a vida no mar."

Como Pitz observou, A NOAA está muito interessada em explorar esta nova abordagem. "A microbiologista Kelly Goodwin da NOAA providenciou o financiamento para o MBARI coletar amostras de eDNA e comparar os resultados com as observações da sonda. Originalmente, teríamos um navio da NOAA como parte do experimento, mas por causa da pandemia, o navio não pôde estar aqui. "

"Esta pesquisa se aplica diretamente aos estudos da NOAA sobre estoques de peixes, "Pitz explicou." Eles usam ecossondadores em navios para mapear a distribuição de peixes e redes para verificar quais peixes estão presentes. Durante CANON, estamos fazendo a mesma coisa, exceto que estamos usando ecossondadores montados em robôs na superfície e coletando eDNA usando robôs subaquáticos. "

Os robôs de superfície usados ​​no experimento CANON são chamados de "planadores de ondas, "e parecem pranchas de surfe quadradas. Ao longo do experimento, um Wave Glider está percorrendo um caminho em zigue-zague pela parte interna do Monterey Canyon, onde cardumes de anchovas são freqüentemente encontrados. Conforme o Wave Glider se move pela superfície, suas eco-sondas capturam imagens de cardumes de anchovas e outros animais na água abaixo.

Seguindo o Wave Glider em seu curso em zigue-zague, está um robô subaquático denominado veículo subaquático autônomo de longo alcance (LRAUV), que está coletando amostras de água para análise de eDNA. Ao longo da experiência de duas semanas, the LRAUV will collect up to 60 water samples using an MBARI-designed robotic sampling device called an Environmental Sample Processor (ESP). "This is one of the first times we have used the LRAUV to collect samples underwater at the same locations the acoustic Wave Glider is visiting at the surface, " said Pitz.

Though robots are doing most of the sample and data collection, over two dozen humans are also involved in this experiment. All of these scientists, engineers, and marine operations staff are needed to launch, recover, and maintain the robots, and to process and analyze the samples and data.

At the end of the experiment, after all the robots return to shore, CANON scientists and engineers will begin processing hundreds of samples for eDNA analysis. "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. Eventualmente, 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, engineers, 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."