罗德岛大学海洋工程和海洋学教授，以及来自多个机构的多学科研究团队，成功地展示了新技术，可以在几分钟内获得保存的组织和高分辨率3D图像，在深海中遇到一些最脆弱的动物。
该项目的首席研究员布伦南·菲利普斯教授和一个由来自包括URI在内的6个机构的15名研究人员组成的团队已经表明，确定是否发现了新物种或稀有物种的过程有可能缩短数年。他们的研究结果今天(1月17日)发表在《科学进展》杂志上。
来自URI海洋工程系的机器人专家、海洋工程师、生物工程师、海洋和分子生物学家;缅因州东布斯湾的毕格罗海洋科学实验室;哈佛大学工程与应用科学学院;加州蒙特利湾水族馆研究所(MBARI);专注于创新的全球性公司PA Consulting;和纽约城市大学巴鲁克学院自然科学系组成了这个团队。这篇论文代表了五年的研究成果。
该研究称，水下成像、机器人技术和基因组测序的革命性进步重塑了海洋勘探。研究表明，在与深海动物接触的几分钟内，就有可能捕捉到动物的详细测量和运动，获得整个基因组，并生成一份全面的基因表达清单，这些基因表达指向它们在深海中的生理状态。这些丰富的数字数据的结果是单个动物的“赛博型”，而不是传统上在博物馆藏品中发现的物理“全型”。
菲利普斯说:“目前，如果研究人员想要描述他们认为是新物种的东西，他们将面临一个艰巨的过程。”“现在的方法是捕获一个标本，这是非常困难的，因为很多这些动物都很脆弱，组织很薄，你可能根本无法收集到它们。但如果你成功地收集到一只动物，你就把它保存在一个罐子里。
“然后开始一个漫长的过程，将标本带到世界各地的不同收藏处，与现有的生物进行比较。经过很长时间，有时长达21年，科学家们可能会达成共识，认为这是一个新物种。
“再说一遍，这些都是深海里的小动物。当前的工作流程不合适。这就是为什么海洋中有这么多未被描述的物种的主要原因。”
从这项研究中获得的信息——以及随后的其他研究——可能对防止灭绝的研究有用，因为它从一次遭遇中获得的单个标本中提供了丰富的信息。这项工作也回应了研究人员越来越多的呼吁，即通过使用先进的技术收集信息，将对动物的伤害降到最低。未来的研究和开发可以在捕获和释放框架内对深海生物进行全面扫描和盘点。
纽约市立大学巴鲁克学院杰出生物学教授、国家地理学会探险家大卫·格鲁伯(David Gruber)说:“我们的愿景是:海洋生物学家如何更好地了解未来几十年或几百年的深海生物，并与之建立联系?”“这是一个跨学科团队如何在一次短暂的接触后协同工作，提供大量关于深海生物的新信息的示范。
“最终的目标是继续沿着这条道路前进，并将技术改进到尽可能微创的程度——类似于医生在深海中的检查。这种方法正变得越来越重要，因为目前的灭绝率是背景灭绝率的100倍。”
菲利普斯说，因为收集这些样本一直很困难，有许多深海物种尚未被识别。菲利普斯说:“当你看到气候变化和深海采矿及其潜在影响时，你会感到不安。”“你意识到你没有一个完整的物种基线，你可能不知道你失去了什么，否则就太晚了。如果你想知道它消失之前有过什么，这是一种新的方式。”
该任务是在“Falkor”号科考船上进行的，包括2019年和2021年在夏威夷和圣地亚哥海岸进行的两次探险。该团队每天收集多达14个保存下来的组织样本，以及数tb的定量数字图像。总之，这项研究提供了:
- 第一个完整的汇编和注释trans一种海洋无脊椎动物——束尾兽(Pegea tunate)的基因组(在动物栖息地生成的基因);
- 环境分子基础的细节全息浮游生物的心理感应nic多毛线虫(Tomopteris polychaete)，一生都在水柱中度过;
- 完整trans的详细信息两种虹吸管动物(胶状浮游动物，由特殊的部分组成一个链式生长)的栉水母和栉水母，以及有毛的栉水母和多毛的栉水母的鳍组;
- 在深度时，利用数字成像对每只动物进行完整的形态(形态和结构)表征。
这篇论文的第一作者、毕格罗实验室(Bigelow Laboratory)的高级研究科学家约翰·伯恩斯(John Burns)对在近4000英尺深的海底取样的四只动物进行了基因组分析。
伯恩斯说:“我们在这些动物身上取得的成就是非凡的。”“对我来说，这在我们为Tomopteris蠕虫生成的序列数据中得到了最好的体现:我们在它探索环境时捕获了它，并能够推断出它正在用头部附近的两个长感官胡须扫描水，以寻找‘甜’的味道:可能是与猎物相关的糖，也可能是氨:它典型猎物的废物。
伯恩斯说:“有了这些信息，我们可以想象它是如何在开阔的水域栖息地沿着化学痕迹捕猎的。”“我认为，如果没有团队工程师发明和使用的创新技术，这是不可能实现的，这种技术可以在几分钟内完整保存动物的信息。”
伯恩斯说，另一项与格鲁伯合作的研究着眼于捕获方法如何影响水母的核糖核酸，即RNA，这是生命的组成部分之一。即使是温和的收集，在大约10分钟的压力条件下，信息序列也会开始改变。伯恩斯说，设计未来的技术通过在动物细胞开始对压力做出反应之前保存信息来克服这一问题。
伯恩斯说:“我们还发现，我们捕获的三种动物拥有巨大的基因组:每一种动物的细胞DNA都是我们人类的近10倍。”“对于第四个，我们使用了一个更中等大小的基因组(大约是人类基因组大小的3%)，我们能够使用尖端的测序方法来构建迄今为止最具凝聚力和最完整的salp基因组。”
哈佛大学和URI为这次任务带来了一个旋转驱动的折叠十二面体(RAD-2)，这是一种创新的折纸机器人封装设备，可以收集动物组织样本，并几乎立即将组织保存在深处。
“我们看到了新型海洋机器人对中水和深海探测的影响，”机器人专家罗伯特·伍德说，他是哈佛大学哈里·刘易斯和马林·麦格拉斯工程与应用科学教授。“机器人不仅可以去人类难以或不可能到达的地方，我们的设备还可以通过轻轻触摸来调查、互动和收集标本，或者根本不需要触摸。”
来自MBARI生物灵感实验室的成像系统，包括一个名为DeepPIV的激光扫描成像设备和一个名为EyeRIS的三维光场相机，可以测量和重建动物在自然环境中的三维形态或身体形状。
“我们无法保护我们尚未完全了解的东西。先进的成像技术可以加速我们记录海洋生物多样性的努力。“我们对海洋生物进行分类的速度越快，我们就能更好地评估和跟踪气候变化和采矿等人类活动对海洋环境的影响，”MBARI生物灵感实验室的生物工程师和首席工程师Kakani Katija说。
菲利普斯说:“我们在那里拥有先进的成像系统，这些远程操作的车辆可以在几分钟内创建一个三维模型。”“我们能够在几秒钟内接近一只微小的水母，向控制室收集高分辨率的3D图像，我们的团队能够在几分钟内判断出触手正好有5毫米长。然后，我们在几分钟内就得到了同一只动物保存得非常完好的组织样本。”
更多信息:约翰·伯恩斯等人，发现和描述海洋生物的原位数字合成策略，科学进展(2024)。DOI: 10.1126 / sciadv.adj4960。www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj4960
由罗德岛大学提供
引文:对脆弱生物进行深海研究的新技术(2024年1月17日)，2024年1月17日检索自httpsokphys.org/news/2024-01-technology-deep-sea-fragile.html
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