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Autonome Systeme sollen bei der Vorhersage von Algenblüten helfen
Microcystin ist ein Gift, das Hautreaktionen, Magenprobleme und sogar Leberschäden verursachen kann. Es wird von einer winzigen Blaualge (Cyanobakterien) namens Microcystis produziert, die sich in warmem, nährstoffreichem Wasser rasch vermehrt. Leider werden Microcystis-Blüten in den Großen Seen im Norden der USA, die Millionen Menschen mit Trinkwasser versorgen, immer häufiger.
Jetzt testen Forscher von Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) und der National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) einen neuen autonomen Unterwasserroboter im Eriesee, der die Menge und Konzentration von Microcystin und Algen im Wasser misst und seine Ergebnisse in Echtzeit an Land übermittelt.
Der eingesetzte Roboter ist ein weitreichendes autonomes Unterwasserfahrzeuge (LRAUVs) vom MBARI. Mit einem Durchmesser von etwa 30 und einer Länge von 230 Zentimetern sieht er aus wie ein kleiner Torpedo, ist aber viel langsamer und wurde speziell für den wochenlangen Einsatz im Wasser entwickelt, um wissenschaftliche Daten zu sammeln.
Seit acht Jahren bauen die MBARI-Wissenschaftler und -Ingenieure LRAUVs und untersuchen damit die mikroskopische Algen- und Meereschemie vor der kalifornischen Küste. Im Jahr 2018 bauten sie ein neues LRAUV, das ein biochemisches Roboterlabor trägt. Dieses automatisierte Labor wird als Environmental Sample Processor (3G ESP) der dritten Generation bezeichnet. Während sich das LRAUV durch das Wasser bewegt, sammelt das 3G ESP Wasserproben, filtert sie und verarbeitet sie dann, um mikroskopische Organismen oder Toxine wie Microcystin nachzuweisen. Nach der Analyse der Proben kann das 3G ESP seine Ergebnisse per Satellitenverbindung an die Wissenschaftler an Land senden.
Da viele Städte ihr Trinkwasser aus den Großen Seen beziehen, gibt die NOAA Vorhersagen ab, wo und wann schädliche Algenblüten Microcystin produzieren werden. Die Forscher hoffen, dass die Daten der LRAUVs bei diesen Prognosen helfen werden. Steve Ruberg, ein Wissenschaftler des Great Lakes Environmental Research Laboratory der NOAA, erklärt: "Informationen darüber, wie tief die Toxine einer schädlichen Algenblüte gehen und wie nahe sie an kommunalen Wasserleitungen liegen, können der NOAA helfen, die Prognosen und Entscheidungshilfen zu verbessern, von denen die Gemeinden der Großen Seen abhängen".
Nach dem Start des LRAUV von einem Boot aus werden die Forscher an Land zurückkehren, um seine Fortschritte zu beobachten. Der Roboter wird die meiste Zeit unter Wasser bleiben, aber periodisch auftauchen, um die Wissenschaftler wissen zu lassen, wo er ist und was er "sieht". Zudem wird er auch Wasserproben für spätere Analysen an Land sammeln und aufbewahren.
Mikrobiologen werden aus diesen konservierten Proben DNA extrahieren, um mehr über die gesamte Mikrobengemeinschaft im See herauszufinden. Dies wird ihnen helfen, die Bedingungen zu verstehen, die zu gefährlichen Algenblüten beitragen.
"Dieser Ansatz ist einzigartig in dem Sinne, dass wir Elemente der Robotik, Biochemie und freilaufende autonome Systeme zusammenführen", sagt Chris Scholin, Präsident von MBARI und Erfinder des Environmental Sample Processors.
Weitere Informationen: www.mbari.org.