Automated Underwater Delivery System for Coral Probiotics

Korallenriffe sind lebhafte Unterwasserstädte, die ein Viertel allen marinen Lebens unterstützen und Nahrung, Küstenschutz sowie wirtschaftlichen Wert für Millionen von Menschen bieten. Diese Ökosysteme beruhen auf einem empfindlichen Gleichgewicht zwischen den Korallenanimalien und den mikroskopisch kleinen Gemeinschaften, die in und um sie herum leben. Wenn der Ozean zu warm oder verschmutzt wird, bricht dieses Gleichgewicht zusammen. Die hilfreichen Mikroben, die Korallen gesund halten, sterben oft ab oder werden durch schädliche ersetzt, was die Korallen anfällig für Krankheiten und den Tod macht. Wissenschaftler haben entdeckt, dass das Hinzufügen spezifischer nützlicher Mikroben zurück in das Wasser den Korallen helfen kann, sich zu erholen, was wie eine natürliche Medizin wirkt. Die Lieferung dieser Mikroben in die weiten, tiefen und oft abgelegenen Gebiete eines Riffs ist jedoch eine massive logistische Herausforderung. Die manuelle Verabreichung erfordert, dass Taucher zu jeder einzelnen Korallenkolonie schwimmen, was ein langsamer, teurer und im Hinblick auf die Größe des Problems unmöglicher Prozess ist.

Um diesen Engpass zu lösen, haben Forscher der King Abdullah University of Science and Technology die erste automatisierte Unterwassermaschine entwickelt, die darauf ausgelegt ist, diese nützlichen Mikroben direkt an Korallenriffe zu liefern. Bei diesem Gerät handelt es sich um eine autarke Einheit, die auf dem Meeresboden steht, eine Vorrat an der mikrobiellen Lösung bereithält und über einen langen Zeitraum präzise Dosen abgibt. Das System wurde im Roten Meer getestet, wo es in einer Tiefe von 9 Metern über Wochen hinweg erfolgreich arbeitete. Es erwies sich als fähig, zwei Liter der probiotischen Lösung über einen Monat hinweg abzugeben, wobei es selbst zuverlässig funktionierte, als die Wassertemperatur zwischen 25 und 32 Grad Celsius schwankte. Die Maschine nutzt ein einfaches, aber effektives Design: Sie lagert die Mikroben in Spritzen, die durch einen Magnetmechanismus ständig gerührt werden, um zu verhindern, dass die Zellen absinken, und pumpt die Flüssigkeit dann durch Schläuche zu den Korallenkolonien.

Der Kern der Erfindung ist ein wasserdichter Kasten, der eine Batterie, eine Computersteuerung und mehrere kleine Pumpen enthält. Die Forscher wählten ein Design, das es ermöglicht, die Maschine ohne menschliches Eingreifen einzusetzen. Bevor das Gerät ins Wasser geht, programmieren Wissenschaftler es mit einem Zeitplan, wann und wie viel Lösung freigesetzt werden soll. Sob von unten betrachtet, wacht die Maschine zur richtigen Zeit auf, rührt die mikrobielle Mischung um, um sicherzustellen, dass sie bereit ist, und drückt dann die Flüssigkeit heraus. Um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit reibungslos fließt und nicht in den Schläuchen stecken bleibt, enthält das System kleine luftgefüllte Kammern, die Druckspitzen der Pumpen absorbieren. Eine fünfte Pumpe ist sogar enthalten, um die Schläuche nach der Behandlung mit Meerwasser zu spülen, damit die empfindlichen Mikroben das System nicht verstopfen.

Das Testen des Geräts erforderte den Nachweis, dass es dem Druck des tiefen Ozeans und den unterschiedlichen Dicken der mikrobiellen Flüssigkeiten standhalten kann. Im Labor tauchte das Team die Maschine in einen Tank und erhöhte den Druck, bis sie einer Tiefe von 25 Metern entsprach. Sie fanden heraus, dass die Außenhülle zwar einem Druck bis zu 70 Metern standhalten konnte, die Pumpen selbst jedoch jenseits von 25 Metern nicht mehr effektiv arbeiteten. Dies etablierte eine klare Grenze für den Einsatzbereich des Geräts. Sie testeten auch, wie gut die Maschine mit dickflüssigeren oder dünneren Flüssigkeiten umging, indem sie verschiedene Arten von mikrobiellen Lösungen simulierten, und bestätigten, dass die Pumpen die korrekte Menge unabhängig von der Konsistenz der Flüssigkeit liefern konnten.

Der kritischste Test war jedoch, ob die nützlichen Mikroben in der Maschine lange genug überleben würden, um ihre Aufgabe zu erfüllen. Die Forscher platzierten die Mikroben in den Spritzen und bewahrten sie in der Maschine auf, wobei sie die Bedingungen eines realen Einsatzes imitierten. Sie überprüften die Anzahl der lebenden Zellen zu Beginn und am Ende des Zeitraums und stellten fest, dass die Population stabil blieb. Als sie die Maschine zum Riff im Roten Meer brachten und sie dort wochenlang laufen ließen, rührte und pumpte das Gerät weiterhin exakt wie programmiert. Taucher, die die Maschine kontrollierten, bestätigten, dass die Düsen die Lösung abgaben und die Korallenkolonien die Behandlung erhielten. Die Batterie hielt über 700 Stunden Dauerbetrieb durch, was bewies, dass eine einzige Ladung das Gerät einen gesamten Monat lang unterstützen kann.

Diese Arbeit stellt einen bedeutenden Schritt nach vorn dar, um die Korallenrestaurierung in großem Maßstab praktikabel zu machen. Durch die Beseitigung der Notwendigkeit für Taucher, Behandlungen manuell zu verabreichen, öffnet das System die Tür dazu, diese mikrobiellen Therapien auf viel größeren Flächen des Riffs anzuwenden. Die Forscher haben demonstriert, dass die Technologie robust genug ist, um die variablen Bedingungen des Ozeans zu bewältigen, von wechselnden Temperaturen bis hin zum physischen Druck des Wassers. Obwohl das Gerät eine Tiefengrenze von 25 Metern hat, was viele flache Riffbereiche abdeckt, deutet seine Fähigkeit, wochenlang autonom zu operieren, auf eine Zukunft hin, in der Riffmanager Flotten dieser Maschinen einsetzen können, um ganze Abschnitte eines Riffs zu schützen. Die Studie bestätigt, dass die automatisierte Lieferung nicht nur eine theoretische Idee, sondern eine funktionierende Realität ist, die das übergeordnete Ziel unterstützen kann, Korallenriffe vor den zunehmenden Bedrohungen durch den Klimawandel zu retten.