ابزارهای رباتیک به باز کردن دنیای میکروبی پنهان اعماق دریا کمک می کنند

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

دانشمندان یک سیستم روباتیک توسعه داده اند که می تواند شرایط شدید اعماق اقیانوس را در آزمایشگاه بازسازی کند و برای اولین بار دسترسی به برخی از میکروارگانیسم ها را باز کند.

اعماق دریا بزرگترین زیستگاه میکروبی روی زمین است و میزبان تنوع عظیمی از میکروارگانیسم ها است. بسیاری از آنها برای زنده ماندن در شرایط شدید تکامل یافته اند، از جمله فشار شدید و دماهای نزدیک به انجماد، توسعه آنزیم های غیر معمول و مولکول های دیگر که می توانند خواص مفیدی داشته باشند، با کاربردهای بالقوه از داروها و مواد جدید گرفته تا غذا و انرژی.

اما محققان تخمین می زنند که در حال حاضر کمتر از 1 درصد از میکروارگانیسم های آن را می توان با استفاده از روش های مرسوم کشت.

با توجه به شرایط شدیدی که به آن عادت کرده‌اند، زمانی که نمونه‌ها به سطح می‌آیند، تغییرات سریع فشار و دما می‌تواند میکروب‌ها را قبل از اینکه دانشمندان فرصت مطالعه آنها را پیدا کنند، از بین ببرد.

اکنون، محققان سیستمی به نام DISCUSS ایجاد کرده‌اند که شرایط تجربه شده توسط میکروب‌ها را در محیط طبیعی خود در تمام طول سفر از جمع‌آوری نمونه‌ها در کف اقیانوس تا رشد و جداسازی میکروارگانیسم‌های منفرد در آزمایشگاه، بازسازی و حفظ می‌کند.

این پلتفرم در مجله Nature Sensors توضیح داده شده است.

ژنگوانگ لیو، محقق دانشگاه منچستر، گفت: "دانشمندان مدتهاست که برای رشد بسیاری از میکروارگانیسم های موجود در طبیعت در شرایط آزمایشگاهی تلاش کرده اند و درک ما از نحوه زندگی و عملکرد آنها را محدود می کند. DISCUSS با بازآفرینی و حفظ محیط هایی که این میکروب ها به آنها وابسته هستند، به حل این چالش کمک می کند.

"با کنار هم قرار دادن سنجش محیطی، مدل‌سازی دیجیتال و روباتیک، می‌توانیم حیات میکروبی را مطالعه کنیم که قبلا دسترسی به آن دشوار بوده است، در حالی که فرصت‌های جدیدی را برای کاوش در سایر محیط‌های شدید باز می‌کنیم. امیدواریم این کار نشان دهد که چگونه سیستم‌های مهندسی هوشمند می‌توانند به غلبه بر چالش‌های علمی طولانی مدت کمک کنند و اکتشافات جدید را امکان‌پذیر کنند.

میکروب‌های اعماق دریا بسیار جذاب هستند زیرا تکامل یافته‌اند تا از فشار شدید، سرما و شرایط شیمیایی غیرعادی جان سالم به در ببرند.

"از دیدگاه مهندسی، آنچه که من را بیشتر هیجان زده می کند این است که چگونه سنجش هوشمند، مدل سازی و اتوماسیون می تواند به ما در کشف سیستم های بیولوژیکی که قبلا مطالعه آنها دشوار بود کمک کند. من معتقدم که این نوع رویکرد بین رشته ای می تواند فرصت های جدیدی را هم برای درک زندگی در محیط های شدید و هم برای پرداختن به چالش های علمی و فناوری گسترده تر ایجاد کند."

محققان این سیستم را با استفاده از نمونه‌های جمع‌آوری‌شده از تراوش سرد ۱۳۰۰ متری (۴۲۶۵ فوت) زیر دریا آزمایش کردند.

این فناوری حسگرهای محیطی بلادرنگ، رباتیک پیشرفته و یک "دوقلو دیجیتال" - یا یک نمایش مجازی از محیط اعماق دریا - را برای نظارت مستمر بر شرایطی مانند فشار، دما و ترکیب شیمیایی و انجام تنظیمات در صورت لزوم ترکیب می‌کند.

هنگامی که میکروب ها شروع به رشد کردند، از دوربین ها و فناوری یادگیری عمیق برای شناسایی کلونی های میکروبی استفاده شد، در حالی که ابزارهای رباتیک می توانستند آنها را برای مطالعه بیشتر انتخاب کرده و بدون حذف آنها از محیط پرفشار جمع آوری کنند.

در مجموع، محققان 34 ایزوله میکروبی را بازیابی کردند، از جمله چندین ایزوله که به نظر می رسد تفاوت قابل توجهی با سویه های شناسایی شده قبلی داشته باشند.

در میان آنها دو باکتری سازگار با محیط های پرفشار بودند. یکی از اینها که HP_SR10 نام دارد، برای رشد به فشار بالا بستگی دارد و در شرایط جوی معمولی قابل کشت نیست.

این سیستم همچنین توانست با حفظ شرایط مورد نیاز آنها در مدت زمان طولانی، جامعه پیچیده ای از میکروارگانیسم ها را به مدت 180 روز با هم در حال رشد نگه دارد.

فراتر از کشف و مطالعه میکروارگانیسم‌های جدید، این فناوری همچنین می‌تواند به دانشمندان در پاسخ به سؤالات اساسی در مورد نقش میکروب‌ها در اعماق اقیانوس کمک کند.

میکروارگانیسم های اعماق دریا در فرآیندهای جهانی مانند چرخه کربن مهم هستند. کربن تولید شده در نزدیکی سطح اقیانوس در نهایت می تواند در اعماق اقیانوس فرو رود، اما دانشمندان هنوز به طور کامل درک نمی کنند که چگونه میکروارگانیسم هایی که در این اعماق زندگی می کنند آن را تغییر می دهند.

توانایی جمع‌آوری، رشد و مطالعه طیف وسیع‌تری از میکروب‌ها در شرایط نزدیک‌تر به محیط طبیعی آنها می‌تواند به محققان کمک کند به این سؤالات پاسخ دهند و این فرآیندهای طبیعی را که در اعماق دریا اتفاق می‌افتند، بررسی کنند.

محققان می‌گویند که همین رویکرد می‌تواند در نهایت برای مطالعه میکروارگانیسم‌ها در بخش‌های عمیق‌تر اقیانوس و سایر محیط‌های شدید مانند دریچه‌های گرمابی با دمای بالا سازگار شود.

جینگ چون فنگ و همکاران، جداسازی درجا حلقه بسته اکستروموفیل های اعماق دریا از طریق حفظ ریزمحیط مبتنی بر حسگر، سنسورهای طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s44460-026-00128-x

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →