科学家在北极冰川融化的极端环境下自主采集eDNA样本

如果有一种方法可以在极端环境下自主采集环境DNA(eDNA)样本会怎么样?如果这种方法可以收集更多样本并防止样本污染风险呢?来自系统和计算机工程、技术与科学研究所(INESCTEC)的葡萄牙研究人员开始在偏远的北极和大西洋北部环境中开展这项工作。

此次作业是在北极斯瓦尔巴群岛峡湾15米深处冰川融化造成的低温水域进行的。如何?凭借创新型自主生物采样器，该技术由INESCTEC和海洋与环境研究跨学科中心(CIIMAR)的葡萄牙研究人员开发，能够原位收集不同大小部分的浮游生物群落(在海洋生态系统中发挥关键作用)。

生物采样器是一种形状像圆柱体的传感器，用于收集样本，它与IRIS耦合：IRIS是由INESCTEC开发的自主水下航行器(AUV)，可以利用声学和人工智能在水下找到路径。这种采样器和AUV的合作使用提出了“工程挑战”，并允许研究人员在监测计划的不同站点自主收集样本。

INESCTEC的研究员阿尔弗雷多·马丁斯(AlfredoMartins)解释说：“这种方法有几个优点，特别是与传统的收集方法相比，传统的收集方法是手动的，需要在Niskin瓶中收集样品，瓶中的内容物仅在实验室进行过滤。”

INESCTEC的研究人员目前正在开发解决方案，将小型紧凑的生物采样器系统与多个机器人系统集成，并扩展其能力和功能。然而，这种成功实现的集成为样本采集开辟了新的可能性：从安排采集时间和日期到采集更多样本，或减少污染错误(因为过滤是在现场完成的)。收集过程的自动化也更具成本效益。

下一站?1000米深度

这些水是在Kongsfjorden收集的，INESCTEC研究人员在世界最北端的研究站Ny-Ålesund研究站(挪威)开展工作。在该地区进行的采样可以提供有关全球该地区海洋微生物群落的宝贵见解：含有eDNA的单个样本可用于监测生物多样性、检测气候变化影响或对病原体等威胁的存在发出警报。这就是为什么对全球该地区海洋微生物群落进行详细分析至关重要：北极正在经历地球上最剧烈的变化，其变暖速度几乎是世界其他地区的四倍。

“要收集eDNA，从技术上来说，在很深的地方获取这些信息更加困难;因此获得它可以填补我们对深海知识的相关空白，”AlfredoMartins和INESCTEC的研究员AnaPaulaLima澄清道。

这项由INESCTEC和CIIMAR开发的葡萄牙创新技术的运行距离可达150m。前往北极的研究团队(阿尔弗雷多·马丁斯、安娜·保拉·利马、卡洛斯·阿尔梅达、弗朗西斯科·卡内罗、何塞·米格尔·阿尔梅达和佩德罗·安德烈·席尔瓦)设定了两年目标，在1000米深处运行这项技术。

克服压力

实现这一目标的主要障碍除了海洋深度造成的压力之外，“环境本身的恶劣性，以及操作或维护限制的困难”。阿尔弗雷多·马丁斯补充道：“这需要系统具有极高的可靠性，以便它们能够正确、自主地运行，并有可能长时间运行。”

这项葡萄牙技术在Connect2Oceans和MicroArtic项目范围内传播到了北极。该项目的主要目标是了解流入北极的大西洋水热逐渐增加，即所谓的“大西洋化”，将如何促进北极浮游生物群落(这些是海洋环境中生命的基础)、微生物组的变化多样性和功能。这些极端的极地环境将继续成为生物采样器的测试场所。