Калифорниялық теңіз зерттеу институты

Кіріспе

Американдық океанографиялық зерттеу институты – океанографиялық зерттеу орталығы.

Монтерей шығанағының аквариумдық зерттеу институты (MBARI) – Калифорния штатының Мосс-Лэндинг қаласында орналасқан жеке меншік, коммерциялық емес океанографиялық зерттеу орталығы. MBARI 1987 жылы Дэвид Пэккард құрды және негізінен Дэвид пен Люсиль Пэккард қорынан қаржыландырылады. Кристофер Шолин институттың президенті және бас атқарушы директоры болып қызмет етеді, шамамен 220 ғалым, инженер, операциялар және әкімшілік қызметкерлерден тұратын жұмыс күшін басқарады. MBARI-де ғалымдар мен инженерлер бірлесіп, мұхитты зерттеудің жаңа құралдарын және әдістерін әзірлейді. Дэвид пен Люсиль Пэккард қорынан ұзақ мерзімді қаржыландыру институтқа дәстүрлі гранттарды беруші мекемелердің демеушілік етуге құлықсыз болатын зерттеулерді жүргізуге мүмкіндік береді. Дэвид Пэккардтың MBARI-ге қойған міндеттерінің бірі: «Рискке бару керек. Үлкен сұрақтар қою керек. Қате жасаудан қорқудың қажеті жоқ, егер қате жасамасаңыз, онда сіз жеткілікті биікке көтерілмейсіз». MBARI-дің Мосс-Лэндингтегі кампусы Монтерей шығанағының орталығында, Монтерей каньонының басында орналасқан. Монтерей шығанағы – әлемдегі биологиялық әртүрлілігі ең жоғары су алаптарының бірі, ал оның астындағы каньон – континенттік АҚШ-тың ең терең су асты каньондарының бірі. Бұл 4000 метр тереңдіктегі су асты каньоны олардың базасынан бірнеше кеме сағаты қашықтықта болғандықтан, институттың ғалымдары осы табиғи, терең теңіз "зертханасына" тиімді жақындыққа ие. MBARI жалпы жұртшылыққа ашық емес, бірақ жылына бір рет ашық есік күні өткізеді. MBARI Монтерей шығанағындағы аквариуммен бауырлас институт болғанымен, екі ұйымның басқаруы мен қаржыландырылуы толығымен бөлек.

Зерттеу

MBARI-дің қазіргі күш-жігері мұхит ғылымдарының салааралық салаларын қамтиды, оның ішінде теңіз биологиясы, геология, химия және биологиялық океанография. MBARI жаңа океанографиялық зерттеу құралдары мен әдістерін, сондай-ақ мұхитты бақылау станцияларына қатысты технологияларды дамытады. MBARI-дің зерттеулерінің көп бөлігі мұхиттан ақпарат жинау үшін роботтық құрылғылар мен басқа да автоматтандырылған тәсілдерді әзірлеуге және қолдануға бағытталған. Бұл құралдар мұхит өмірі мен физикалық құбылыстарды ерекше көзқараспен көрсетеді.

Ғылыми-зерттеу кемелері

MBARI-дің флагмандық зерттеу кемесі – RV Western Flyer, ол кеме ортасындағы айлық шұңқыл арқылы қашықтан басқарылатын су асты аппараты (ROV) Doc Ricketts-ті теңізге түсіретін, кішкентай су ұшағы ауданы екі корпусты (SWATH) кеме. Western Flyer Солтүстік Американың батыс жағалауының көп бөлігінде, Калифорния шығанағынан Ванкувер аралына дейін, сондай-ақ Гавай аралдары маңында ROV жүзулерін жүзеге асырды. 2011 жылдың желтоқсанында MBARI 23 жыл қызмет еткеннен кейін RV Point Lobos кемесін пайдаланудан шығарды. 2012 жылы MBARI RV Zephyr кемесін де пайдаланудан шығарды, ол MBARI автономды су асты аппараты (AUV) үшін ұшыру платформасы болып қызмет еткен. Бұл екі кеме бір үлкен кемемен алмастырылды – RV Rachel Carson, оны MBARI 2011 жылдың жазында сатып алды. "Рейчел Карсон" зерттеу кемесі ROV және AUV-тарды ұшыруға, сондай-ақ көп күндік экспедициялар жүргізуге қабілетті.

Су асты көліктері

MBARI екі типті су асты роботтарын – қашықтан басқарылатын аппараттарды (ROV) және автономды су асты аппараттарын (AUV) әзірлеу және ғылыми тұрғыда пайдалану саласында алғашқылардың бірі болды. ROV – бұл өте ұзын кабель арқылы теңіз бетіндегі кемеге қосылатын роботтық суасты аппараты. Олар кемедегі операторлар мен зерттеушілермен басқарылады. AUV – бұл теңіз бетінде бағдарламаланған, содан кейін адамның араласуынсыз немесе минималды араласумен дербес түрде деректерді жинау үшін жіберілетін роботтық суасты аппараты. MBARI-ның ROV Doc Ricketts – 4 километрлік тереңдікке есептелген аппарат, ол теңіз экологиясының алғашқы зерттеушісі Эд Рикетстің құрметіне аталған. ROV Doc Ricketts 2009 жылдан бері R/V Western Flyer кемесінен қолданылып келеді, ол 1997 жылдан бері осы кемеден қолданылып келген ROV Tiburon-ды алмастырды. ROV Ventana – 1,8 км тереңдікке есептелген аппарат. Ол Дэвид Пэккард пен MBARI-дегі алғашқы ғалымдар мен инженерлер тобы әзірлеген техникалық талаптарға сәйкес International Submarine Engineering компаниясымен Monterey Bay Aquarium Research Institute үшін салынған. Аппарат 1988 жылы стандартты жабдықтар мен камералармен жабдықталды. 3600-нан астам суға батыру барысында деректерді жинау сенсорлары, жоғары ажыратымдылықтағы камера және жануарларды жинау құрылғылары қосылды. ROV-тардан басқа, MBARI автономды су асты аппараттары (AUV) деп аталатын кабельсіз су асты роботтарын да жасады. MBARI-ның Dorado класындағы AUV-ларының диаметрі және миссияға байланысты ұзындығы 5 метрге дейін қысқа немесе 6 метрге дейін ұзын болуы мүмкін. Қазіргі уақытта MBARI-де жұмыс істейтін Dorado класындағы AUV-ларға жоғарғы су қабатын зерттейтін AUV, теңіз түбін картографиялайтын AUV және бейнелейтін AUV жатады. Аппараттың негізгі элементтері үлкен тереңдікке арналған (картографиялық AUV 6000 метрге есептелген) және 20 сағатқа дейін жұмыс істей алады. MBARI-ның Tethys AUV, сондай-ақ ұзақ қашықтыққа арналған AUV деп аталады, бұл ұзақ қашықтықта жұмыс істеуге арналған жаңа AUV. Tethys-тің диаметрі, ұзындығы және салмағы 120 кг. Tethys, әдетте бір тәулік бойы жұмыс істей алатын пропеллерлік AUV-лар мен бірнеше ай бойы жұмыс істей алатын жүзу қабілетіне негізделген аппараттар (планерлер) арасындағы мүмкіндіктерді ұсынады. 2011 жылдың қазан айында Tethys 24 күн теңізде болып, шамамен 1800 км қашықтықты жүзіп өтті.

MBARI has been a pioneer in the development and scientific use of two types of underwater robots—remotely operated vehicles (ROVs) and autonomous underwater vehicles (AUVs). ROVs are robotic submersibles that are connected through a very long tether to a ship at the sea surface. They are controlled by pilots and researchers on board the surface ship. AUVs are robotic submersibles that are programmed at the sea surface and then released to collect data autonomously, with little or no human intervention. MBARI's ROV Doc Ricketts is a four kilometer depth rated vehicle, named after the pioneering marine ecologist Ed Ricketts. ROV Doc Ricketts has been deployed from the R/V Western Flyer since 2009, when it replaced ROV Tiburon, which had been deployed from the R/V Western Flyer since 1997. ROV Ventana is a 1.8 km depth rated vehicle. It was built for the Monterey Bay Aquarium Research Institute by International Submarine Engineering according to specifications developed by David Packard and the original core group of scientists and engineers at MBARI. The vehicle was delivered in 1988 with a standard suite of instruments and cameras. Data collection sensors, a high definition camera, and animal collection devices have been added over the course of more than 3,600 dives. In addition to ROVs, MBARI has also developed untethered undersea robots called autonomous underwater vehicles (AUVs). MBARI's Dorado class AUVs are in diameter and can be as short as or as long as , depending on the mission. Dorado class AUVs currently operational at MBARI include the upper water column AUV, the seafloor mapping AUV, and the imaging AUV. The core vehicle elements are deep rated (the mapping AUV is 6,000 meters rated) and have been operated as long as 20 hours. MBARI's Tethys AUV, also called the long range AUV, is a new AUV designed to operate over longer ranges. Tethys is in diameter, long, and weighs 120 kg. Tethys provides capabilities falling between existing propeller driven AUVs, which typically have endurances on the order of a day, and buoyancy driven vehicles (gliders) that can operate for many months. In October 2011, Tethys spent 24 days at sea traveling nearly 1,800 km.

Ерекше жетістіктер

Монтерей каньонының тереңдігіне қашықтан басқарылатын аппараттармен жиі жасалған экспедициялар MBARI зерттеушілеріне жаңа жануар түрлерін үнемі ашуға және терең теңіз экологиясындағы олардың маңыздылығын түсінуге мүмкіндік берді. MBARI зерттеушілері алғаш сипаттаған ерекше түрлердің қатарына Stellamedusa ventana (дөңгелек желе), Tiburonia granrojo (үлкен қызыл акула), Chaetopterus pugaporcinus (қоқыс құрт) және сүйек жейтін құрттардың Osedax түрі кіреді. Брюс Робисон Macropinna microstoma балығының мөлдір басын алғаш байқаған. 2008 жылы MBARI Монтерей үдемелі зерттеу жүйесін (MARS) – АҚШ құрлық жағалауындағы алғашқы терең теңіз кабельдік обсерваториясын іске қосты. MARS зерттеушілерге жер сілкінісін бақылайтын құралдар мен жарық аз түсетін бейнекамералар сияқты әртүрлі ғылыми құралдарды орнатып, оларды теңіз түбінде ұзақ мерзімге қалдыруға мүмкіндік береді. 2002 жылы Ұлттық ғылым қорының грантымен қаржыландырылған MARS обсерваториясы MBARI, Вудс-Холл океанографиялық институты, Вашингтон университетінің қолданбалы физика зертханасы, NASA-ның реактивті қозғалтқыш зертханасы, L3 MariPro және Alcatel Lucent бірлесіп жасады. MBARI зерттеушілері микробиологиялық океанография саласында да маңызды жетістіктерге қол жеткізді. MBARI докторантурадан кейінгі зерттеушісі Одед Бежа және ғалым Эдвард ДеЛонг бактериялар әлемінде бұрын белгісіз болған родопсин ақуызын өндіруге жауапты бактериялардың бірнеше түріндегі генді алғаш рет тапты. MBARI-де метагеномиканың бірнеше саласында алғашқы дамулар орын алды. ДеЛонг теңізде метагеномиканы алғаш қолданғандардың бірі болды, ал MBARI ғалымы Александра Ворден еукариоттарға бағытталған метагеномиканы дамытуға жетекшілік етті, бұл табиғи сынамалардан нақты еукариоттық жасушаларды және осы жасушалардан алынған жартылай геномдарды таңдауға, содан кейін оларды тізбектеп, жинап, талдауға мүмкіндік береді. 2001 жылы MBARI ғалымдары мен инженерлері қоршаған ортаны зерттеу процесі (ESP) – теңіз астындағы роботтық ДНК зертханасын пайдаланып, зиянды балдырлар гүлдеуінің басталуын және дамуын анықтады. ESP-ны пайдалану арқылы зерттеушілер молекулалық биологиялық талдауларды қашықтан, нақты уақытта, тұрақты кезеңде және интерактивті мүмкіндіктермен жүргізе алады. ESP су сынамаларын жинау және талдауды қамтамасыз етеді, мысалы, теңіз суындағы теңіз микроорганизмдерінің генетикалық материалының талдауы.

Frequent forays with remotely operated vehicles to the deep Monterey Canyon have enabled MBARI researchers to discover new animal species on a regular basis, and to begin to understand their significance in the ecology of the deep sea. Some of the more notable species first described by MBARI researchers include Stellamedusa ventana (bumpy jelly), Tiburonia granrojo (big red), Chaetopterus pugaporcinus (pigbutt worm), and the Osedax species of bone eating worms. Bruce Robison was also the first to observe the transparent head of the barreleye fish Macropinna microstoma. In 2008, MBARI deployed the Monterey Accelerated Research System (MARS)—the first deep sea cabled observatory offshore of the continental United States. MARS enables researchers to hook up a variety of scientific instruments such as earthquake monitors and low light video cameras and leave them on the deep seafloor for extended periods of time. Funded in 2002 by a grant from the National Science Foundation, the MARS Observatory was developed through a collaborative effort by MBARI, Woods Hole Oceanographic Institution, the University of Washington Applied Physics Laboratory, NASA's Jet Propulsion Laboratory, L 3 MariPro, and Alcatel Lucent. MBARI researchers have also made pioneering developments in the area of microbial oceanography. MBARI Postdoctoral Fellow Oded Beja and Scientist Edward DeLong were the first to discover a gene in several species of bacteria responsible for production of the protein rhodopsin, previously unheard of in the domain Bacteria. First developments in several areas of metagenomics have also been made at MBARI. DeLong was among the first to use metagenomics in the ocean and MBARI Scientist Alexandra Worden led the development of eukaryotic targeted metagenomics, which allows specific eukaryotic cells to be selected from natural samples and partial genomes from those uncultured cells then sequenced, assembled and analyzed. In 2001, MBARI scientists and engineers detected the onset and development of a harmful algal bloom (HAB) using the Environmental Sample Processor (ESP)—an undersea, robotic DNA laboratory. Using the ESP, researchers are able to conduct molecular biological analyses remotely, in real time, over a sustained period, and with interactive capability. The ESP provides in situ collection and analysis of water samples, such as the analysis of the genetic material of marine microorganisms in seawater.