Senzorii bivalve adaugă „Midie” la sistemele de monitorizare a mediului

Senzorii bivalve adaugă „Midie” la sistemele de monitorizare a mediului

Credit imagine: NSCU

Deschiderea și închiderea midii la unison ar putea oferi cercetătorilor o modalitate eficientă de a detecta prezența toxinelor în mediile acvatice.

Moluștele bivalve, cum ar fi midiile, sunt creaturi care sunt deosebit de vulnerabile la riscurile prezentate de contaminare și alte condiții de mediu nefavorabile. Acest lucru rezultă din faptul că carapacea care le oferă protecție împotriva prădătorilor se poate mișca, lăsând goluri care expun creaturile la poluanții apei. Dar, aceleași cochilii ar putea ajuta oamenii de știință să urmărească toxinele din ecosistemele acvatice.

În cazul în care midiile simt contaminarea atunci când își deschid cojile pentru a se hrăni, le închid aproape imediat. Și, pentru că deschiderea și închiderea scoicilor din scoici nu sunt sincronizate, dacă un pat mare de scoici își închide cochilia la unison, este un semn bun că există o anumită contaminare în apă.

Acesta este conceptul din spatele unui nou proiect de cercetare care a apărut de la oamenii de știință de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord (NC State). Echipa a dezvoltat un sistem nou care poate monitoriza de la distanță midiile de apă dulce și modul în care acestea se comportă – adică un sistem care poate detecta toxinele în mediile de apă dulce.

Când midiile se hrănesc, își deschid cojile; dar dacă există ceva nociv în apă, s-ar putea să-și închidă imediat cochilia, toate odată.

Jay Levine, profesor, Epidemiologie, Universitatea de Stat din Carolina de Nord

Levine este co-autor al unei lucrări care detaliază sistemul de monitorizare a midii publicată în jurnal Senzori IEEE Litere¹ alături de colegul profesor de stat NC Alper Bozkurt și Ph.D. studenți de la Universitatea Parvez Ahmmed și James Reynolds.

Practic, am proiectat un Fitbit personalizat pentru a urmări activitățile midii.

Alper Bozkurt, profesor, Inginerie electrică, Universitatea de Stat din Carolina de Nord

Un Fitbit pentru moluște

Levine explică că aceasta nu este prima încercare de a folosi bivalvele și răspunsul lor la toxine ca trasor al condițiilor din ecosistemele acvatice. „Oamenii au încercat să găsească modalități de a măsura cât de mult își deschid scoicile sau stridiile din anii 1950, dar au existat o mare varietate de provocări”, explică profesorul de stat NC. „Aveam nevoie de ceva care să permită animalelor să se miște, să poată fi plasate în fluxuri și să colecteze date – și acum le avem.”

Pentru a-și dezvolta sistemul cu costuri relativ reduse, echipa a folosit componente care sunt deja disponibile pe scară largă, dar au folosit această tehnologie într-un mod nou, neîncercat anterior.

Una dintre cele mai importante părți ale sistemului sunt cele două unități de măsură inerțiale (IMU) care sunt plasate pe fiecare animal, una pe jumătatea superioară a cochiliei sale, a doua pe partea inferioară. Aceste IMU-uri constau dintr-un accelerometru – asemănător tipului de dispozitiv folosit în smartphone-uri pentru a detecta mișcarea – și un magnetometru.

Amplasarea acestor senzori pe cojile scoicilor permite echipei să înregistreze modul în care cojile se mișcă una în raport cu cealaltă – în special atunci când creatura își închide sau își deschide coaja. Esențial, IMU-urile pot distinge acest tip de mișcare de mișcarea cauzată de deplasarea sau rostogolirea midii de un curent puternic.

Un țăruș cu o unitate alimentată cu energie solară a fost plasat pe calea navigabilă lângă patul de midii testat, care adună datele colectate de senzori. Aceste date sunt apoi transmise fără fir către cercetători.

Scopul nostru este să stabilim un „internet al midii” și să le monitorizăm comportamentul individual și colectiv. Acest lucru ne va permite în cele din urmă să le folosim ca senzori de mediu sau santinele.

Alper Bozkurt, profesor, Inginerie electrică, Universitatea de Stat din Carolina de Nord

Internetul are midii

Echipa a efectuat 250 de ore de testare într-un rezervor de pești de laborator cu midii vii, obținând rezultate impresionante care au arătat că senzorii sunt remarcabil de acuratețe.

Există câțiva pași pe care echipa va încerca acum să-i facă pentru a-și moderniza sistemul de monitorizare a mediului pe bază de midii.

Unul dintre primele teste cheie pentru echipă este de a determina dacă există circumstanțe care nu sunt legate de prezența contaminanților care ar putea duce la sigilarea cochiliilor de scoici în coordonare.

Acest lucru poate necesita extinderea rețelei de monitorizare a moluștelor utilizată de sistemul actual. Deși echipa spune că sistemul poate gestiona zeci de midii, doar patru animale au fost folosite în experimentele echipei.

Pe lângă faptul că ajută la monitorizarea ecosistemelor, echipa crede că sistemul lor ne-ar putea ajuta să învățăm mai multe despre aceste creaturi remarcabile.

„Gândiți-vă la asta ca la un canar în mina de cărbune, cu excepția faptului că putem detecta prezența toxinelor fără a trebui să așteptați ca scoicile să moară.” spune Levine. „În același timp, ne va ajuta să înțelegem comportamentul și să monitorizăm starea de sănătate a midii în sine, ceea ce ne-ar putea oferi perspective asupra modului în care diverși factori de mediu le afectează sănătatea. Ceea ce este important, având în vedere că multe specii de midii de apă dulce sunt amenințate sau pe cale de dispariție.”

Referințe

¹ Ahmmed. P., Reynolds. J., Levine. JF, Bozkurt. A., [2021]„Un sistem de detectare bazat pe accelerometru pentru a studia comportamentul bivalvelor la deschiderea supapelor”, Litere pentru senzori IEEE, [https://ieeexplore.ieee.org/document/9382075/authors#authors]

Disclaimer: Opiniile exprimate aici sunt cele ale autorului exprimate în calitatea lor privată și nu reprezintă neapărat punctele de vedere ale AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, proprietarul și operatorul acestui site web. Această declinare a răspunderii face parte din Termenii și condițiile de utilizare a acestui site web.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.