Los investigadores utilizan robots submarinos autónomos para tomar muestras de ADN ambiental y vigilar la biodiversidad de los sistemas marinos.
El ADN recogido ofrece información sobre los cambios en la biodiversidad de zonas sensibles, la presencia de especies raras o amenazadas y la propagación de especies invasoras.
Los robots submarinos autónomos pueden estudiar regiones del océano que nunca se habían investigado, y estos nuevos datos podrían contribuir a mejorar la salud de los océanos del mundo.
En un importante avance para vigilar la biodiversidad de los sistemas marinos, un nuevo estudio publicado hoy en Environmental DNA explica cómo los investigadores de MBARI utilizan robots submarinos autónomos para tomar muestras de ADN ambiental (eDNA). El eDNA permite a los científicos detectar la presencia de especies acuáticas a partir de los diminutos fragmentos del material genético que dejan tras de sí. Esta sopa de ADN ofrece pistas sobre los cambios en la biodiversidad de zonas sensibles, la presencia de especies raras o amenazadas y la propagación de especies invasoras, factores todos ellos esenciales para comprender, promover y mantener un océano saludable.
Robots submarinos autónomos en acción
Para el estudio, los investigadores combinaron dos plataformas autónomas novedosas desarrolladas por MBARI: el vehículo submarino autónomo de largo alcance (LRAUV) y el procesador de muestras ambientales (ESP). El LRAUV es un ágil robot submarino que puede desplazarse durante largos períodos a zonas remotas del océano. El ESP es un «laboratorio robótico en una lata» que filtra el agua de mar y conserva el eDNA para estudiarlo más adelante. Al equipar un LRAUV con tecnología ESP, los investigadores pueden ampliar el alcance de la vigilancia oceánica en el tiempo y el espacio. En cambio, la toma tradicional de muestras de eDNA en el océano requiere pasar semanas a bordo de un costoso buque de investigación, cuyo alcance se limita a una zona local. Innovaciones tecnológicas como esta están revolucionando los esfuerzos de conservación de los océanos.
«Sabemos que el eDNA es una herramienta increíblemente eficaz para estudiar las comunidades oceánicas, pero hasta ahora nos ha limitado lo que podemos lograr con buques de investigación tripulados. Ahora, la tecnología autónoma nos ayuda a aprovechar mejor nuestro tiempo y nuestros recursos para estudiar nuevas partes del océano», afirmó Kobun Truelove, oceanógrafo biológico de MBARI y autor principal del artículo.
La biodiversidad marina mide la abundancia de individuos y especies en el océano. Este mosaico interconectado de organismos —desde el plancton más pequeño hasta las ballenas más grandes— sustenta las redes tróficas, produce el aire que respiramos y regula nuestro clima. Los robots submarinos autónomos como el LRAUV y el ESP permiten a los investigadores de MBARI mantener una presencia permanente en el océano y vigilar los cambios en ecosistemas sensibles de formas que antes no eran posibles.
«Los organismos se desplazan a medida que cambian las condiciones en nuestros océanos y los Grandes Lagos, lo que afecta a las personas y las economías que dependen de esas especies. Necesitamos métodos más económicos y ágiles para vigilar la biodiversidad a gran escala. Este estudio ofrece el desarrollo sinérgico de tecnologías de eDNA y no tripuladas que necesitamos, en respuesta directa a las prioridades establecidas en el Plan estratégico ‘Omics de la NOAA», afirmó Kelly Goodwin, coautora del estudio y colaboradora de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA).
Antecedentes:
Para esta investigación, MBARI colaboró con investigadores del Laboratorio Oceanográfico y Meteorológico del Atlántico de la NOAA y de la Universidad de Washington para realizar tres expediciones al Santuario Marino Nacional de la Bahía de Monterey. El equipo coordinó la recogida de muestras entre los tres buques de investigación de MBARI, el buque de la NOAA dedicado a la pesca Reuben Lasker, y una flota de LRAUV de MBARI.
Un equipo a bordo de un buque bajó botellas hasta una profundidad determinada para recoger y conservar muestras de agua. Mientras tanto, un LRAUV equipado con un ESP tomó y conservó muestras de eDNA de forma autónoma en lugares y profundidades similares. Las muestras de eDNA se llevaron al laboratorio para secuenciarlas en profundidad.
Los organismos emparentados comparten secciones de ADN, conocidas como marcadores genéticos. Para este estudio, los investigadores analizaron muestras de eDNA mediante una técnica conocida como metabarcodificación. Este método busca fragmentos cortos de ADN y ofrece un desglose de los grupos presentes en la muestra. La técnica resulta especialmente útil para convertir los datos de eDNA en una medida de la biodiversidad. Los investigadores analizaron cuatro tipos distintos de marcadores genéticos, cada uno representativo de un nivel ligeramente diferente de la red trófica. En conjunto, los resultados ofrecieron una imagen más integral de la composición de la comunidad. Las muestras recogidas desde buques de investigación y vehículos autónomos revelaron patrones de biodiversidad similares.
Truelove señaló que los hallazgos del estudio suponen un avance prometedor en la vigilancia de los ecosistemas marinos. «Este trabajo busca ampliar la escala de la investigación sobre el eDNA. En lugar de centrarnos en una especie concreta, podemos empezar a caracterizar de forma más amplia la estructura de las comunidades biológicas del océano», afirmó.
«Los buenos datos son la base de una gestión sostenible de los océanos», afirmó Francisco Chavez, científico principal de MBARI y coautor del estudio. «La vigilancia periódica del ADN ambiental nos dice quién está ahí y qué cambia con el tiempo. Esta información es esencial para comprender los efectos del cambio climático, una de las mayores amenazas para la salud de los océanos».
Los LRAUV pueden desplazarse durante semanas y recorrer cientos de kilómetros. Permiten tomar muestras con más frecuencia en las zonas de interés que los buques de investigación tradicionales, que suelen visitar sitios remotos solo de vez en cuando. Los robots submarinos autónomos permitirán a los investigadores estudiar regiones del océano que nunca se habían investigado. Cerrar estas brechas de datos es fundamental para mejorar la salud de los océanos del mundo. La investigación desde buques seguirá desempeñando un papel importante en los estudios oceanográficos, pero incorporar nuevas tecnologías autónomas al conjunto de herramientas ampliará la capacidad de investigación, vigilancia y gestión de recursos. En última instancia, los investigadores de MBARI prevén desplegar una flota de LRAUV equipados con tecnología ESP.
Esta investigación contó con el apoyo de la Fundación David y Lucile Packard, NOAA/OAR/'Omics, NOAA/OAR/NOPP y los proyectos de la NASA n.º 80NSSC20M0001 y 80NSSX21M003.
