Результаты были опубликованы в Интернете 30 июля 2015 г. в Журнале экспериментальной морской биологии и экологии.
Традиционно насосы и сети используются для отбора проб планктона, что требует отбора проб на заранее определенных станциях или буксировки сетей за судном с последующей визуальной сортировкой собранных организмов по таксономическим группам. Образцы обычно объединяют организмы, собранные по горизонтальным или вертикальным дорожкам, что делает невозможным обнаружение небольших градаций или видоспецифичных закономерностей в распределении личинок.
Система отбора проб сочетает в себе три передовые технологии – адаптированный мульти-пробоотборник с подвеской взвешенных частиц (SUPR), автономный подводный аппарат REMUS, оснащенный датчиками, и идентификацию организмов с помощью анализа штрих-кода ДНК.
Они окрестили новую систему «СУПР-РЕМУС»."
«SUPR-REMUS позволяет нам брать отдельные пробы из воды, чего сети не могут делать на мелководье», – сказала Аннетт Говиндараджан, ведущий автор статьи. Новая система уже дает представление о пространственном распределении личинок беспозвоночных.
Группа разместила автомобиль, который они назвали «СУПР-РЕМУС», в Баззардс-Бэй, штат Массачусетс., дважды в марте 2014 г., когда личинки усоногих были многочисленны. REMUS 600 оснащен датчиком CTD для измерения и записи проводимости, температуры и глубины. Исследователи выполнили генетический штрих-кодовый анализ собранных личинок и установили распределение видов.
«Планктонные сети, которые отбирают отдельные пробы, такие как системы множественного открывания-закрывания, предназначены для использования в открытой воде», – сказал Говиндараджан. «Нашей целью было отобрать на мелководье и близко ко дну пробы личинок прибрежных донных беспозвоночных."
Исследователи нацелились на ракушек, потому что их репродуктивная биология хорошо известна, и ученые знали, когда и где личинки будут в большом количестве.
Взрослые ракообразные сидячие, но планктонные личинки перемещаются и рассеиваются вместе с движением воды. Несколько видов ракушек обитают одновременно в прибрежных водах Массачетса, но мало что известно о том, как их личинки ведут себя и по-разному распределяются в толще воды.
«Традиционный отбор проб не дает нам точной информации», – сказал биолог и соавтор Хесус Пинеда. "Личинки часто накапливаются в мелкомасштабных объектах, таких как океанские фронты, где температура и соленость меняются на небольших расстояниях. Нам нужно устройство для отбора проб, которое может разрешить эти пространственные масштабы и взять несколько образцов.
С помощью этого пробоотборника мы можем удаленно инициировать автономный отбор проб в ответ на изменение окружающей среды – например, изменение температуры воды – которое, как мы подозреваем, инициирует перенос личинок."
В состав команды также входили научный адъюнкт WHOI Чип Брейер и главный инженер WHOI Майк Перселл.
Команда модифицировала пробоотборник SUPR, чтобы он поместился в передней части REMUS 600, с дополнительной пеной и грузами для плавучести и дифферента.
Расходомер измерял объем морской воды, которая закачивалась через внешние порты в заданное время, а несколько фильтров с размером ячеек 200 мкм задерживали планктон из отдельных проб.
Два дня в марте команда запустила SUPR-REMUS для проведения трансект перпендикулярно береговой линии.
Во время первого полета он поднялся над поверхностью примерно на 15 метров. глубоко в пилообразном ("йо-йо") вертикальном узоре на 9.Расстояние 9 км. Второе развертывание было более сложным: верхняя и нижняя границы траектории АПА были запрограммированы относительно поверхности и морского дна на расстоянии 11 км.Расстояние 2 км.
«Развертывание было непростым, поскольку погода в то время была холодной, но мы были очень довольны работой SUPR-REMUS», – сказала Аннетт Говиндараджан.
Личинки ракушечника проходят несколько планктонных стадий, называемых «науплиусами» и «кипридами», прежде чем осесть на дно. Личинки разных видов могут казаться почти идентичными, и традиционные методы идентификации основаны на подробном микроскопическом исследовании, которое может занять много времени.
Вместо этого исследователи использовали генетический анализ штрих-кода, короткие последовательности генов, которые являются диагностическими для многих видов беспозвоночных. Они идентифицировали в общей сложности 164 личинки усоногих под микроскопом для препарирования, извлекли ДНК из личинок и использовали стандартные методы для секвенирования митохондриальных генов COI, часто называемых последовательностями штрих-кода. Исследователи сравнили личиночные последовательности с известными последовательностями, опубликованными в GenBank, и с последовательностями местных взрослых особей усоногих.
Они обнаружили, что личинок ракушек было много, до 950 личинок на кубический метр воды. Личинки были трех видов – Amphibalanus sp., Semibalanus balanoides и Chthamalus fragilis – с Amphibalanus sp. безусловно самый распространенный. Исследователи увидели некоторые закономерности в распределении, но прежде чем делать выводы, необходимо провести более крупный опрос.
В целом, Говиндараджан сказал, что проект выполнил основную задачу – испытание возможности SUPR-REMUS для отбора проб в прибрежных водах: «Мы были в восторге от первых результатов роботизированного отбора проб в сочетании с генетическим анализом. Мы получили интересные результаты, извлекли уроки и планируем снова развернуть эту осенью."