Ένα μικροσκόπιο για τον πυθμένα της θάλασσας. Researchers develop novel microscope to study the underwater world

Οι πολύποδες φωτίζονται και το αποτέλεσμα είναι μαγικό. Images of a live coral acquired in situ with the BUM using an ETL focal scan. Images collected using the × 5 objective and wide spectrum white LED illumination. (a) Image of a single focal plane showing only the front coral polyp in focus. (b) Image of a single focal plane showing only the back coral polyp in focus. (c) A composite focus stacked image formed using the in-focus portions of 20 images collected with the ETL focal scan. Within a single frame (a,b), the microscope objective yields a shallow DOF. However, the composite focus stacked image, as shown in c, combines frames to provide an enhanced DOF such that both polyps and surrounding area are all in focus. Scale bars, 500 μm.

Ομάδα αμερικανών και ισραηλινών επιστημόνων ανέπτυξε ένα μικροσκόπιο ικανό να «βουτάει» στη θάλασσα και να πραγματοποιεί επιτόπιες αναλύσεις του πυθμένα, με στόχο την μελέτη των κοραλλιογενών υφάλων του πλανήτη.

Όπως εξηγούν οι ειδικοί με δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Nature Communications», μέχρι σήμερα οι ερευνητές έπρεπε να μεταφέρουν οποιοδήποτε δείγμα θαλάσσιας ζωής ήθελαν να μελετήσουν στο εργαστήριο. Κάτι τέτοιο όμως, συχνά αφαιρούσε πολύτιμα για την έρευνα στοιχεία που είχαν να κάνουν με την συμπεριφορά ενός θαλάσσιου οργανισμού με το φυσικό του, υποβρύχιο περιβάλλον.

Το νέο μικροσκόπιο έχει σχεδιαστεί ώστε να λειτουργεί στον πυθμένα της θάλασσας. «Οραματιζόμαστε τη μελέτη των θαλάσσιων οργανισμών στο φυσικό τους περιβάλλον, το οποίο είναι υπερβολικά δύσκολο να δημιουργήσουμε στο εργαστήριο» αναφέρει η δρ Τάλι Τράιμπιτζ από το Πανεπιστήμιο της Χάιφας.

Το καινοτόμο υποβρύχιο όργανο

Για πρώτη φορά οι επιστήμονες μελετούν την θαλάσσια ζωή με τη βοήθεια ενός υποβρύχιου μικροσκοπίου. A new microscopic imaging system is revealing a never-before-seen view of the underwater world. Researchers have designed and built a diver-operated underwater microscope to study millimeter-scale processes as they naturally occur on the seafloor. Scripps Oceanography graduate student Andrew Mullen positions the Benthic Underwater Microscope to study corals. Credit: Jaffe Laboratory for Underwater Imaging/Scripps Institution of Oceanography, UC San Diego

Το υποβρύχιο μικροσκόπιο διαθέτει έναν εύκαμπτο φακό γεμάτο με υγρό, ο οποίος όταν δέχεται ηλεκτρικό φορτίο αλλάζει σχήμα. Έχει ακόμα ένα σύστημα LED φωτισμού προκειμένου οι οργανισμοί να φωτίζονται κατάλληλα κατά τη μελέτη τους. Όλος ο παραπάνω εξοπλισμός βρίσκεται κλεισμένος σε ένα «κουτί» το οποίο επιτρέπει την εύκολη μεταφορά του στον βυθό από έναν δύτη.

Μέχρι στιγμής οι επιστήμονες κατάφεραν να αποτυπώσουν την επίδραση που θα είχε στην έρευνα ένα τέτοιο μικροσκόπιο, καταγράφοντας την συμπεριφορά μεμονωμένων πολύποδων και άλλων μικρών οργανισμών που μαζί συνθέτουν τους κοραλλιογενείς υφάλους.

Microscopic-scale processes significantly influence benthic marine ecosystems such as coral reefs and kelp forests. Due to the ocean’s complex and dynamic nature, it is most informative to study these processes in the natural environment yet it is inherently difficult. Here we present a system capable of non-invasively imaging seafloor environments and organisms in situ at nearly micrometre resolution. We overcome the challenges of underwater microscopy through the use of a long working distance microscopic objective, an electrically tunable lens and focused reflectance illumination. The diver-deployed instrument permits studies of both spatial and temporal processes such as the algal colonization and overgrowth of bleaching corals, as well as coral polyp behaviour and interspecific competition. By enabling in situ observations at previously unattainable scales, this instrument can provide important new insights into micro-scale processes in benthic ecosystems that shape observed patterns at much larger scales.

Με τα θαυμαστά αυτά θαλάσσια οικοσυστήματα να κινδυνεύουν εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής και των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, οι ερευνητές θεωρούν ότι απαιτείται η επιτόπου μελέτη του προβλήματος σε μικρή κλίμακα για την αποτελεσματική αντιμετώπισή του.

«Η θάλασσα και η ζωή που κουβαλάει επηρεάζει σημαντικά την ζωή μας. Κάποιοι άνθρωποι δεν συνειδητοποιούν την περιπλοκότητα και τον πλούτο που υπάρχει εκεί έξω» προσθέτει η δρ Τράιμπιτζ.

Πηγή: Andrew D. Mullen, Tali Treibitz, Paul L. D. Roberts, Emily L. A. Kelly, Rael Horwitz, Jennifer E. Smith, Jules S. Jaffe. Underwater microscopy for in situ studies of benthic ecosystems. Nature Communications, 2016; 7: 12093 DOI: 10.1038/ncomms12093