Μέδουσες-cyborg: Το νέο όπλο της επιστήμης για την εξερεύνηση των ωκεανών

Η υπερθέρμανση του πλανήτη και η αυξανόμενη οξίνιση των θαλασσών λόγω της απορρόφησης διοξειδίου του άνθρακα απειλούν ολοένα και περισσότερα θαλάσσια είδη. Η ανάγκη παρακολούθησης αυτών των αλλαγών είναι κρίσιμη, όμως η πρόσβαση στα μεγάλα βάθη απαιτεί εξοπλισμό πανάκριβο και τεχνικά περίπλοκο. Εκεί ακριβώς έρχονται να δώσουν λύση οι moon jellyfish, μέδουσες που μπορούν φυσικά να κατέβουν σε βάθη που παραμένουν απρόσιτα για τους περισσότερους ανθρώπινους μηχανισμούς.

Με αυτό το σκεπτικό, μια ομάδα ερευνητών στο University of Colorado Boulder (CU Boulder) αποφάσισε να δημιουργήσει υβριδικές «cyborg» μέδουσες, εξοπλισμένες με μικροσκοπικά ηλεκτρονικά συστήματα. Στόχος τους είναι η συλλογή πολύτιμων δεδομένων για τη θερμοκρασία, την οξύτητα και άλλες κρίσιμες παραμέτρους του θαλάσσιου περιβάλλοντος.

Η ιδέα της βιοϋβριδικής τεχνολογίας δεν είναι καινούργια. Από τη δεκαετία του 1990, επιστήμονες πειραματίζονται με έντομα-«cyborg», εμφυτεύοντας μικροσκοπικά ηλεκτρόδια σε κατσαρίδες ώστε να ελέγχουν την κίνησή τους. Η ελπίδα ήταν ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε αποστολές έρευνας και διάσωσης.

Το 2015, στο Texas A&M, οι ερευνητές κατάφεραν να κατευθύνουν κατσαρίδες σε ποσοστό 60% εμφυτεύοντας ηλεκτρόδια σε νευρικά κέντρα που ελέγχουν τα πόδια τους, ενώ το 2021 στο Nanyang Technological University της Σιγκαπούρης, οι ερευνητές αύξησαν το ποσοστό επιτυχίας στο 94% χρησιμοποιώντας μια διαφορετική μέθοδο με αισθητήρια όργανα. Πιο πρόσφατα, στην Ιαπωνία, ερευνητές μετέτρεψαν τζιτζίκια σε «cyborg μουσικά όργανα», καταφέρνοντας να τα κάνουν να παράγουν με ακρίβεια νότες από γνωστές μελωδίες.

Αν τα έντομα απέδειξαν ότι η βιοϋβριδική τεχνολογία μπορεί να λειτουργήσει σε στεριά, οι μέδουσες φαίνεται να ανοίγουν τώρα νέους δρόμους για τις εφαρμογές της στους ωκεανούς.

Η Nicole Wu, μηχανικός στο CU Boulder, κατασκεύασε την πρώτη της «cyborg» μέδουσα το 2020, δοκιμάζοντάς την σε ρηχά νερά στη Μασαχουσέτη. Το σύστημα λειτουργεί όπως ένας βηματοδότης: ηλεκτρικά ερεθίσματα προκαλούν συσπάσεις στους μυς κολύμβησης της μέδουσας, δίνοντάς της τη δυνατότητα να κατευθύνεται σύμφωνα με τις ανάγκες των ερευνητών.

Παρότι οι μέδουσες δεν διαθέτουν εγκέφαλο ή νωτιαίο μυελό, διαθέτουν νευρικά δίκτυα που ανταποκρίνονται ιδανικά σε τέτοιου είδους ερεθίσματα. Όπως εξηγεί η Wu, οι moon jellyfish συγκαταλέγονται στα πιο ενεργειακά αποδοτικά ζώα του πλανήτη. Η κατανόηση του τρόπου που κολυμπούν θα μπορούσε να αποτελέσει έμπνευση για τη δημιουργία μελλοντικών, εξαιρετικά αποδοτικών υποβρύχιων οχημάτων.

Για να κατανοήσουν καλύτερα πώς οι μέδουσες κινούνται στο νερό, οι επιστήμονες στράφηκαν σε τεχνικές όπως το Particle Image Velocimetry (PIV), που παρακολουθεί μικροσωματίδια στο νερό με τη βοήθεια φωτός laser. Τα σωματίδια αυτά χρησιμοποιούνται για να αποτυπωθούν οι δίνες και τα ρεύματα που προκαλεί η κίνηση της μέδουσας.

Ωστόσο, τα συνθετικά σωματίδια που χρησιμοποιούνται συνήθως, όπως μικροσφαίρες γυαλιού ή κόκκοι πολυστυρενίου, είναι ακριβά, με κόστος που μπορεί να φτάσει τα 200 δολάρια το κιλό, ενώ εγκυμονούν και κινδύνους για την υγεία και το περιβάλλον.

Η Wu και η ομάδα της αποφάσισαν να πειραματιστούν με βιοδιασπώμενες εναλλακτικές, όπως άμυλο καλαμποκιού, άμυλο arrowroot, σκόνη καρυδιού και κόκκους jojoba. Οι δοκιμές έδειξαν ότι το άμυλο αραρούτι ήταν ιδιαίτερα αποδοτικό στη διάχυση του φωτός, ενώ το άμυλο καλαμποκιού αποδείχθηκε ιδανικό για εφαρμογές που απαιτούν μεγαλύτερα σωματίδια. Και στις δύο περιπτώσεις, τα αποτελέσματα ήταν συγκρίσιμα με τα ακριβότερα και πιο επικίνδυνα συνθετικά υλικά.

Η ανάπτυξη των «cyborg» μεδουσών μπορεί να προσφέρει μια επαναστατική μέθοδο για τη μελέτη των ωκεανών με χαμηλότερο κόστος και μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Μέσα από αυτές τις υβριδικές μορφές ζωής, οι επιστήμονες φιλοδοξούν να αποκτήσουν πολύτιμα δεδομένα για τις αλλαγές στα θαλάσσια οικοσυστήματα σε πραγματικό χρόνο, με μεγαλύτερη ακρίβεια και ταχύτητα από ό,τι σήμερα.

Ωστόσο, παραμένουν σημαντικά ερωτήματα για τα όρια της τεχνολογίας, τις επιπτώσεις της στην ίδια τη βιολογία των μεδουσών, αλλά και τις ηθικές προεκτάσεις της μετατροπής ζωντανών οργανισμών σε εργαλεία επιστημονικής έρευνας.

[via]