Plankton – små organismer som driver i havet – är ofta för små för att se utan mikroskop. Men med hjälp av lite matematik och en mycket kraftfull bildapparat har forskare för första gången identifierat en planktonart från rymden. Att ta reda på vilket plankton som sprider sig kan hjälpa forskare att lära sig mer om giftiga hot i havet. Det kan till exempel hjälpa till att avgöra om din närmaste strand bör stängas på grund av gifter som sprids av dessa mikrober.
Plankton i havet
Vissa blomningar kan visa sig vara skadliga för miljön. De kan minska mängden solljus som når andra organismer. Och de kan tömma vattnet på det syre som fiskar och andra arter behöver för att överleva. Men vissa blomningar är särskilt farliga för människor. Det beror på att dessa plankton gör ett toxin, eller gift. Toxiner kan döda fisk, göra det svårt för vissa människor att andas och smutsa ner skaldjur som är avsedda för middagsbord. När hälsovårdstjänstemän är osäkra på vilken planktonart som ligger bakom en blomning, är det många som spelar det säkert och stänger stränder.
På grund av röda tidvattens potentiella risker försöker forskare hålla reda på planktonblomningar. Vanligtvis sker denna sökning till sjöss. “Vi går ut på ett fartyg och tar hinkar med vatten”, förklarar Heidi Dierssen. Hon arbetar vid University of Connecticut i Storrs. Där studerar hon havsoptik – ljuset som kommer från vattenytan – för att mäta vad som lever i den.
Dierssen och hennes kollegor samlar in vattenprover från Long Island Sound, vattnet som skiljer New York och Connecticut åt. Det är en mynning, där sötvatten och saltvatten blandas. Tillbaka i labbet använder hennes team mikroskop för att leta efter plankton. Men eftersom forskarna bara åker ut en gång i månaden missar de vanligtvis plötsliga blomningar, även stora.
En lycklig strejk från rymden
Men den 24 september, 2012, “en av våra kollegor hade varit ute på havet och hon hade sett den här stora blomningen”, minns Dierssen. ” samlade lite vatten åt oss och tog tillbaka det.”
Samtidigt tittade Dierssen igenom bilder av havet som fångats från rymden. En kamera ombord på den internationella rymdstationen hade tagit bilder av samma område i Long Island Sound — samma dag.
Den kameran kallas Hyperspectral Imager for the Coastal Ocean, eller HICO. Denna spektrometer analyserar ljusets våglängder (färger). HICO designades specifikt för att studera ljus från kustområden.
De flesta bilder i rymden “ser” bara cirka en kvadratkilometer (0,4 kvadratkilometer) per pixel. Pixlar är de minsta ljuspunkterna på en datorskärm. Bilder kommer från tusentals pixlar eller mer. Ju mindre område som representeras av varje pixel, desto mer detaljerad blir bilden.
H. Dierssen et al./PNAS
Bilder där varje pixel representerar en kvadratkilometer per pixel skulle framställa Long Island Sound som en serie stora färgade fläckar. Ljudet är bara 177 kilometer (110 miles) långt. Dess maximala bredd är bara 34 kilometer (21 miles). Men HICO var nästan 10 gånger bättre än dessa bilder. Den kunde upptäcka förändringar över områden så små som 0,00011 kvadratkilometer (1 180 kvadratfot) per pixel. Tecken på ett rött hav kunde ses i denna mycket mer detaljerade bild. Bildkameran kunde också upptäcka ett bredare färgspektrum än de flesta liknande instrument i rymden.
Så när Dierssen studerade bilden från rymdstationen kunde hon plocka ut samma röda tidvatten som hennes kollega just hade provat. “Vi hade tur”, tillägger hon, eftersom HICO “inte längre är i drift.” Den hade bara fungerat en kort tid som en del av ett test. En annan avbildare tog också bilden, men mycket mindre detaljerad.
Se gult, hitta rött
Gröna alger och växter har
Men en typ gör det inte. Dessa kloroplaster innehåller fykoerytrin (FY-ko-eh-RITH-rin). Detta pigment avger ljus som avbildaren ser som gult. HICO upptäckte att färgen kom från Long Island Sound.
Baserat på den gula “flaggan” kunde Diersson och hennes kollegor berätta vilken planktonart som hade gjort det: Mesodinium rubrum (MEZ-oh-DIN-ee-uhm RU-brum). M. rubrum är ett djurplankton (ZO-plank-tun), ett litet djur som äter alger. Och när det gör det, behåller detta djur sina kloroplaster och använder dem för att få extra energi från solen. Det var algkloroplasterna som dessa plankton hade ätit som hade avgett det gulaktiga sken från rymden.
Dierssons team bekräftade djurets ID med sina mikroskop. M. rubrum gör inga gifter. Så detta röda tidvatten utgjorde ingen fara för simmare, skaldjur eller mänskliga matgäster.
Forskarna analyserade också generna – DNA-segment som är unika för varje art – av det blommande planktonet. Dessa bekräftade att arten var M. rubrum. Forskarna publicerade sina resultat den 16 november i Proceedings of the National Academy of Sciences.
”Vi kunde se [red tide] från rymden”, säger Dierrsen. “Det är första gången någon någonsin gjort det.” Medan HICO inte längre fungerar, hoppas Dierrsen att framtida satellitsensorer kommer att göra det möjligt för forskare att på samma sätt hålla utkik efter planktonblomningar.
Begränsningar för tekniken
Den nya studien “är ett gediget dokument som tar upp en aktuell och aktuell fråga”, säger Leslie Brown och Gary Borstad. Båda arbetar på ASL Environmental Sciences i Victoria, British Columbia, Kanada. De letar efter förändringar i miljön som kan upptäckas på mycket långa avstånd, även från rymden.
Brown och Borstad tycker att det kan vara för riskabelt att identifiera röda tidvatten enbart från rymden. Det måste finnas mikroskopisk identifiering av vad som orsakar en blomning, förklarar de, “särskilt när människors hälsa är inblandad.” Men båda är överens om att satelliter och andra rymdbaserade sensorer kan ge en värdefull tidig varning om vad som förtjänar ytterligare studier.
“Fartyg missar dessa stora händelser”, säger Deirssen. Med spionögon i rymden, “Vi kan ta reda på mycket om vad som växer i havet. Det kan hjälpa oss att ta reda på varför [plankton] blommar när de gör det.”
Maktord
(för mer om Power Words, klicka här)
alger Encelliga organismer, en gång övervägda växter (det är de inte). Som vattenlevande organismer växer de i vatten. Precis som gröna växter är de beroende av solljus för att göra sin mat.
bloom (inom mikrobiologi) Den snabba och i stort sett okontrollerade tillväxten av en art, såsom alger i vattendrag anrikade med näringsämnen.
bräckt En term för vatten som innehåller en blandning av saltvatten och sötvatten.
kloroplast En liten struktur i cellerna hos gröna alger och gröna växter som innehåller klorofyll och skapar glukos genom fotosyntes.
miljö Summan av alla saker som finns runt en organism eller processen och det tillstånd som dessa saker skapar för den organismen eller processen. Miljö kan syfta på vädret och ekosystemet som ett djur lever i, eller kanske temperaturen, luftfuktigheten och placeringen av komponenter i något elektroniksystem eller produkt.
flodmynning Mynningen av en stor flod, där den mynnar ut i havet och sötvatten och saltvatten blandas. Sådana regioner är ofta plantskolor för unga fiskar.
fluorescerande Kan absorbera och återutsända ljus. Det återutsända ljuset är känt som en fluorescens.
gen (adj. genetisk) Ett DNA-segment som kodar, eller innehåller instruktioner, för att producera ett protein. Avkommor ärver gener från sina föräldrar. Gener påverkar hur en organism ser ut och beter sig.
International Space Station En konstgjord satellit som kretsar runt jorden. Den här stationen drivs av USA och Ryssland och tillhandahåller ett forskningslaboratorium från vilket forskare kan utföra experiment inom biologi, fysik och astronomi – och göra observationer av jorden.
mikrob Förkortning av mikroorganism. En levande varelse som är för liten för att se med blotta ögat, inklusive bakterier, vissa svampar och många andra organismer som amöbor. De flesta består av en enda cell.
mikroskop Ett instrument som används för att se föremål, som bakterier, eller enskilda celler från växter eller djur, som är för små för att vara synliga för blotta ögat.
NASA Se National Aeronautics and Space Administration
National Aeronautics and Space Administration Skapad 1958 har denna amerikanska byrå blivit ledande inom rymdforskning och för att stimulera allmänhetens intresse för rymdutforskning. Det var genom NASA som USA skickade människor i omloppsbana och slutligen till månen. Den har också skickat forskningsfarkoster för att studera planeter och andra himmelska objekt i vårt solsystem.
optik Har med syn eller vad som kan ses att göra.
organism
Alla levande varelser, från elefanter och växter till bakterier och andra typer av encelliga liv.
syre A gas som utgör cirka 21 procent av atmosfären. Alla djur och många mikroorganismer behöver syre för att underblåsa sin ämnesomsättning.
fotosyntes (verb:
fotosyntetisera
) Processen genom vilken gröna växter och vissa andra organismer använder solljus för att producera livsmedel från koldioxid och vatten.fykoerytrin Ett protein som kan skörda ljusenergi från solen. Den finns i röda alger.
växtplankton Kallas ibland mikroalger, dessa är mikroskopiska växter och växtliknande organismer som lever i havet. De flesta flyter och bor i områden där solljuset filtrerar ner. Ungefär som landbaserade växter innehåller dessa organismer klorofyll. De kräver också solljus för att leva och växa. Växtplankton tjänar som bas för det oceaniska näringsnätet.
pixel Förkortning för bildelement. Ett litet område med belysning på en datorskärm, eller en prick på en utskriven sida, vanligtvis placerad i en array för att bilda en digital bild. Fotografier är gjorda av tusentals pixlar, var och en med olika ljusstyrka och färg, och var och en för liten för att ses om inte bilden förstoras.
plankton Små organismer som driver eller flyta i havet. Beroende på art varierar plankton från mikroskopiska storlekar till organismer ungefär lika stora som en loppa. Vissa är små djur. Andra är växtliknande organismer. Även om individuella plankton är mycket små, bildar de massiva kolonier, som räknas i miljarder. Det största djuret i världen, blåvalen, lever på plankton.
röd tidvatten En befolkningsexplosion av vissa planktonarter. När tillräckligt många finns kan de färga vattnet rött eller rödbrunt. Vissa utsöndrar ett gift som kan döda omgivande fiskar och göra människor sjuka.
satellit En måne som kretsar kring en planet eller ett fordon eller annat tillverkat föremål som kretsar kring någon himlakropp i rymden .
arter
En grupp liknande organismer som kan producera avkomma som kan överleva och fortplanta sig.
spektrometer Ett instrument som mäter ett spektrum, såsom ljus, energi eller atommassa. Vanligtvis använder kemister dessa instrument för att mäta och rapportera ljusets våglängder som det observerar. Insamlingen av data med detta instrument, en process som kallas spektrometri, kan hjälpa till att identifiera de element eller molekyler som finns i ett okänt prov.
toxin Ett gift som produceras av att leva organismer, såsom bakterier, bin, spindlar, giftmurgröna och ormar.
våglängd Avståndet mellan en topp och nästa i en serie vågor, eller avståndet mellan ett tråg och nästa. Synligt ljus – som, liksom all elektromagnetisk strålning, färdas i vågor – inkluderar våglängder mellan cirka 380 nanometer (violett) och cirka 740 nanometer (röd). Strålning med kortare våglängder än synligt ljus inkluderar gammastrålar, röntgenstrålar och ultraviolett ljus. Längre våglängdsstrålning inkluderar infrarött ljus, mikrovågor och radiovågor.
zooplankton Små organismer som driver i havet. Zooplankton är små djur som äter annat plankton. De fungerar också som en viktig matkälla för andra marina varelser.
Leave a Reply