On dirait une poubelle flottant dans les eaux au large de la côte californienne. Mais ce n'est pas vraiment un déchet. En réalité, il peut jouer un rôle clé dans la surveillance de la santé de nos océans.

Les signes vitaux ? La santé des plus petits habitants des mers :le phytoplancton.

Des diatomées enfermées dans du verre aux dinoflagellés qui peuvent provoquer des proliférations d'algues toxiques, Le phytoplancton est un groupe diversifié d'algues qui vivent dans l'océan. Ils servent de base à la chaîne alimentaire océanique et sont responsables du recyclage des nutriments dans l'eau et de la production d'oxygène par photosynthèse.

"Une inspiration d'oxygène sur deux que vous prenez provient de plantes dans l'océan, et la plupart du temps les gens n'y pensent pas parce qu'ils sont microscopiques, " dit Bethany Kolody, un étudiant chercheur diplômé à la Scripps Institution of Oceanography à San Diego.

Mais la diversité du phytoplancton rend difficile de prédire comment il réagira aux changements dans l'océan, en particulier ceux dus au réchauffement climatique, et comment leurs réactions affecteront la santé des océans dans son ensemble.

Un afflux de nutriments dans une zone particulière peut alimenter une croissance massive d'algues. Les changements de température de l'eau peuvent modifier la répartition des sources de nourriture disponibles. Des plaques de mer peuvent absorber le dioxyde de carbone et s'acidifier.

Tous ces changements nécessitent que le phytoplancton réponde à de nouvelles pressions. Malheureusement, les écouter peut être un peu un défi.

Si les chercheurs n'ont pas prévu d'expédition lorsqu'un de ces événements océaniques se produit, ça aurait aussi bien pu ne pas arriver, dit Andrew Allen, un océanographe microbien et écologiste à Scripps.

"Il faut vraiment être au bon endroit au bon moment pour goûter, " il a dit.

Une solution peut prendre la forme d'un « labo en boîte, " a déclaré le biologiste moléculaire Chris Scholin, président et chef de la direction du Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). C'est un robot océanique qui amène les outils d'un laboratoire de biologie moléculaire à la mer.

Ce robot, appelé Environmental Sample Processor - ou ESP en abrégé - a été développé il y a environ 15 ans par Scholin et son équipe à MBARI.

Scholin a eu l'idée alors qu'il étudiait les proliférations d'algues nuisibles dans le golfe du Maine.

"J'ai été époustouflé par la façon dont les gens allaient en mer et mettaient des instruments dans l'eau, et ils pourraient te dire tout ce qui se passait, " a-t-il dit. " Mais quand est venu le temps de compter les algues toxiques à des fins de santé publique et de recherche, cela nous prendrait des jours."

Alors Scholin et ses collègues se mirent au travail.

D'abord, ils devaient déterminer ce qu'il faudrait pour concevoir et construire ce robot océanique.

Prélèvement d'échantillons d'eau sous l'eau, où la pression est plus élevée qu'à terre, était un obstacle. Prélever un échantillon suffisamment grand pour remplir un seau domestique et le condenser en quelques gouttes pour une analyse moléculaire en était une autre.

Une fois les échantillons prélevés, le robot devrait être capable de collecter et de stocker le matériel génétique des microbes océaniques sans les réfrigérer ni les congeler.

"C'était un travail un peu plus important que je ne le pensais, " dit Scholin.

Après des recherches et des tests approfondis, l'ESP qui a fait ses débuts en 2006 a pu recueillir des échantillons d'ADN et enregistrer les températures de l'eau. Il a noté son emplacement précis et sa vitesse de dérive au fur et à mesure que chaque échantillon était prélevé, permettant aux chercheurs de corréler leurs résultats avec l'évolution des conditions océaniques. Il pourrait même analyser les caractéristiques ADN des organismes qu'il a collectés et renvoyer les informations aux chercheurs en attente à terre avec juste un léger retard.

Il y a plus de 20 robots ESP actuellement utilisés par les laboratoires du monde entier. La plupart se trouvent aux États-Unis, mais un est au Danemark et deux autres sont en route pour la Chine, dit Scholin.

Stéphanie Moore, un océanographe de recherche au Centre des sciences halieutiques du Nord-Ouest de la National Oceanic and Atmospheric Administration, a déployé un ESP au large des côtes de Washington dans un endroit connu pour la prolifération d'algues. Ces croissances toxiques d'algues peuvent rendre les coquillages toxiques et rendre les poissons malades.

"Si nous voyons des concentrations de cellules d'algues nocives ou peut-être une concentration de toxines augmenter, on peut déclencher (l'ESP) pour prélever un échantillon supplémentaire, " a déclaré Moore. " Avoir cette communication bidirectionnelle avec l'instrument tout le temps est vraiment bénéfique. "

Les robots sont particulièrement utiles pour surveiller les microbes dans les régions éloignées où il serait coûteux d'affréter des expéditions de recherche, elle a ajouté.

L'ESP a également aidé les chercheurs à étudier la génétique du phytoplancton.

Kolody, Allen et leurs collègues de Scripps ont récemment analysé les données collectées par un ESP au large des côtes de la Californie pour voir comment la population diversifiée de microbes qui y vivent décidait lequel de leurs gènes activer ou désactiver tout au long de la journée. Le robot a pu dériver avec les courants et prélever des échantillons de la même population de microbes toutes les quatre heures.

« Nous pouvons enfin avoir une idée de l'évolution de cette population au fil du temps et de la façon dont elle réagit aux différents facteurs de l'environnement :les changements d'ensoleillement, changements dans les nutriments, interactions entre les membres de la population, " a déclaré Kolody.

L'équipe de Scholin à MBARI travaille d'arrache-pied sur un nouvel ESP qui sera suffisamment petit pour être attaché à un véhicule sous-marin autonome.

Une étude récente de chercheurs du MBARI et de la NOAA a montré que ce dernier robot est capable d'échantillonner l'ADN que les organismes marins laissent dans l'environnement.

"Non seulement tous ces micro-organismes sont là, mais en fait des traces d'animaux plus gros que vous ne voyez pas ou n'attrapez pas nécessairement dans votre petit échantillon d'eau, " dit Scholin.

L'utilisation de ces ESP pour collecter l'ADN environnemental sera importante pour surveiller la présence d'espèces envahissantes et pour étudier la biodiversité de l'océan.

L'objectif de Scholin est qu'à l'avenir, "Nous aurions juste ces choses partout, tout comme les stations météo, " il a dit.

"Ce n'est que le tout début de ce genre de domaine, " dit-il. " Pour utiliser l'analogie de la musique, nous sommes loin du point où nous pouvons diffuser. Nous sommes encore au stade de l'enregistrement et de la lecture à ce stade. Mais ça y arrive. C'est une réelle opportunité pour les ingénieurs, les scientifiques et les groupes environnementaux de travailler ensemble."

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