Les chercheurs principaux John Breier de l'UTRGV (à gauche), Mak Saito (au centre) et Mike Jakuba de WHOI, avec l'AUV Clio, le premier véhicule sous-marin au monde conçu spécifiquement pour collecter des échantillons biologiques et chimiques de la colonne d'eau océanique. Crédit :Katherine Spencer Joyce, Institution océanographique de Woods Hole
Le premier véhicule sous-marin au monde conçu spécifiquement pour collecter des échantillons biologiques et chimiques de la colonne d'eau océanique a terminé avec succès des essais en mer au large des côtes de la Nouvelle-Angleterre le 9 juillet. 2017. Le nouveau véhicule sous-marin autonome, nommé Clio, aidera les scientifiques à mieux comprendre le fonctionnement interne de l'océan.
Développé dans une collaboration d'ingénierie entre Woods Hole Oceanographic Institution et l'Université du Texas Rio Grande Valley et en collaboration scientifique avec l'Université du Michigan, Clio améliorera l'efficacité de l'échantillonnage et réduira également le temps et le coût des vastes enquêtes biogéochimiques, qui sont nécessaires pour comprendre les modèles et les cycles du réseau trophique marin et le rôle que joue l'océan dans la formation du climat de la Terre.
"Ce nouvel outil de recherche nous permettra de collecter plus rapidement et plus efficacement les échantillons dont nous avons besoin pour comprendre comment les microbes interviennent dans le cycle des éléments, comme le carbone, dans les océans, " a déclaré le microbiologiste marin de l'U-M Gregory Dick, un membre de l'équipe.
"Nous voulons savoir, par exemple, comment les micro-organismes océaniques vont réagir aux changements globaux, y compris la hausse des températures, concentrations croissantes de dioxyde de carbone atmosphérique, et l'augmentation de l'acidité des océans, " dit Dick, professeur agrégé au Département des sciences de la Terre et de l'environnement de l'UM et au Département d'écologie et de biologie évolutive.
« L'objectif à long terme de Clio est de réduire les obstacles à la réalisation d'une enquête mondiale sur la microbiologie et la biochimie marines, " dit John " Chip " Breier, scientifique en chef des essais en mer et chercheur principal en chef du projet de l'Université du Texas Rio Grande Valley. "Finalement, les capacités du véhicule augmenteront considérablement la capacité d'observation de notre flotte de recherche océanographique. »
L'équipage du R/V Neil Armstrong aide à guider Clio dans l'eau pour des tests en mer. Pendant l'expédition, Clio a effectué cinq plongées, dont deux plongées à 2, 000 mètres (1,2 milles), et filtré plus de 1, 000 litres (264 gallons) d'eau de mer provenant de neuf profondeurs différentes. Crédit :Mak Saito, Institution océanographique de Woods Hole
Une fois descendu d'un navire, la Clio à plongée verticale se propulse au fond des fonds marins à l'aide d'une paire de propulseurs, puis s'arrête à une série de profondeurs préprogrammées lors de son ascension pour filtrer l'eau et collecter des échantillons.
La doctorante de l'UM Sharon Grim a participé à l'essai en mer du 9 juillet et a rapporté des échantillons qui seront analysés dans le laboratoire de Dick. L'ADN et l'ARN seront extraits et séquencés. Les chercheurs s'intéressent à tous les micro-organismes marins, y compris les bactéries, archées et eucaryotes microbiens, ainsi que les virus qui les infectent.
"Clio a prélevé des microbes à des profondeurs programmées en filtrant l'eau de mer, " dit Grim. " Une fois qu'il était de retour sur le navire, nous avons récupéré les filtres et en extrairons et séquencerons les acides nucléiques.
"Cette analyse nous donnera une vue d'ensemble des types microbiens, métabolismes potentiels, et les activités dans la colonne d'eau. Ensuite, nous pouvons lier cet instantané microbien aux nutriments, traces de métaux et de protéines que nous avons également collectés pour comprendre le rôle des microbes dans le cycle global des éléments."
Le véhicule sous-marin autonome, ou AUV, a à peu près la taille d'un grand réfrigérateur, peut plonger à une profondeur maximale de 6, 000 mètres (3,7 miles) et peut fonctionner sous l'eau pendant 12 à 14 heures à la fois. Clio remonte ensuite à la surface avec des piles de filtres représentant des centaines de litres d'eau de mer que les océanographes peuvent utiliser pour mesurer la diversité génétique et fonctionnelle des micro-organismes marins, ainsi que des nutriments qui contrôlent leur diversité.
Les ingénieurs WHOI Mike Jakuba (à gauche) et Daniel Gomez-Ibanez (à droite) ont mis la touche finale à l'AUV Clio avant de sécuriser les revêtements extérieurs du véhicule et de partir pour des essais en mer au large des côtes de la Nouvelle-Angleterre. Crédit :Ken Kostel, Institution océanographique de Woods Hole
"En tant qu'AUV, Clio occupe un espace design unique, " a déclaré Mike Jakuba, ingénieur en chef à WHOI et chercheur principal sur le projet. « Les AUV sont généralement conçus pour se déplacer horizontalement le long du fond marin et pour effectuer des relevés à une profondeur relativement constante. En revanche, Clio doit voyager verticalement dans l'eau et échantillonner pendant de longues périodes à de nombreuses profondeurs séparées par des centaines à des milliers de mètres."
Actuellement, les chercheurs recueillent ces types d'échantillons marins à l'aide de pompes à piles, descendu à diverses profondeurs océaniques sur un fil. Les pompes aspirent l'eau de mer à travers un filtre qui capte les particules. Quand les pompes sont de retour sur le pont, les têtes contenant les filtres sont retirées et amenées à un laboratoire pour analyse.
Lors de grandes expéditions qui explorent des bassins océaniques entiers, Clio peut être à l'eau en train de faire un relevé, tandis que d'autres chercheurs peuvent simultanément prélever des ensembles séparés d'échantillons à l'aide du système de fil.
Pour démontrer cette capacité lors des essais en mer plus tôt ce mois-ci à bord du R/V Neil Armstrong, le groupe scientifique de croisière a déployé un instrument océanographique standard monté sur fil connu sous le nom de rosette CTD, qui mesure la conductivité, Température, et la profondeur, tandis que Clio filtrait simultanément des échantillons en profondeur à quelques centaines de mètres.
Pendant l'expédition, Clio a effectué cinq plongées, dont deux plongées à 2, 000 mètres (1,2 milles), et filtré plus de 1, 000 litres (264 gallons) d'eau de mer provenant de neuf profondeurs différentes pour l'analyse microbiologique et biochimique.
Le biogéochimiste de l'OMSI Mak Saito (à l'extrême droite), Brianna Alanis de l'UTRGV (centre), et Sharon Grim du Michigan ouvrent des échantillons collectés par Clio pour les préparer à une analyse microbiologique et biochimique dans un « labo propre ». Pour éviter la contamination, les chercheurs travaillent dans un laboratoire temporaire en salle blanche en plastique à bord du navire. Crédit :Abigail Noble
« Du point de vue de l'échantillonnage, nous devions concevoir un système suffisamment polyvalent pour répondre aux besoins scientifiques d'une large communauté, assez simple pour fonctionner rapidement et avec peu de formation, et suffisamment compact pour tenir dans l'AUV - un défi à coup sûr, " dit Breier, professeur agrégé à l'Université du Texas Rio Grande Valley et scientifique adjoint à l'OMSI.
Les membres de l'équipe espèrent que les enquêtes de Clio pourront être utilisées pour étendre les efforts d'échantillonnage existants, comme l'étude de longue date GEOTRACES - un effort international pour mesurer et étudier un large éventail d'éléments, isotopes, et les produits chimiques dans l'océan, en fournissant une contrepartie biologique et biochimique.
"L'une des choses vraiment passionnantes est que Clio fournit le type d'échantillons de biomasse nécessaires aux nouvelles approches "omiques" pour mesurer les molécules cellulaires, comme la génomique, protéomique, et métabolomique, " dit Mak Saito, biogéochimiste à la Woods Hole Oceanographic Institution et l'un des principaux chercheurs de Clio.
En analysant la biomasse collectée par Clio, les scientifiques peuvent dire ce qui vit dans l'eau et les nutriments qu'ils utilisent pour remplir des fonctions biologiques, et en apprendre davantage sur le microbiome océanique, le système microbien qui aide à diriger les processus de vie et le cycle élémentaire sur Terre.
Ensuite, Clio subira une année d'essais scientifiques aux Bermudes à partir d'avril 2018. Le financement de la conception et du développement de Clio a été fourni par le programme de coordination interdisciplinaire et technologique océanique de la National Science Foundation et la Fondation Gordon et Betty Moore.
