Processos complexos que ocorrem nas profundezas do oceano são a chave para a compreensão de como o carbono é ciclado em nosso planeta. Os organismos marinhos microscópicos, essenciais para a manutenção do equilíbrio de carbono da Terra, têm sido difíceis de estudar há muito tempo devido à natureza desafiadora dos seus ecossistemas. Um novo instrumento promete superar estes obstáculos, dando aos cientistas a capacidade de replicar as condições oceânicas com notável precisão e revelar os mecanismos ocultos que impulsionam o ciclo global do carbono.
Os pesquisadores desenvolveram um dispositivo inovador chamado AI-Light Spectrum Replicator (LSR) para revolucionar o estudo da produtividade primária dos oceanos, um ator chave no ciclo global do carbono. Esta incubadora inovadora é liderada por uma equipe liderada pelo Prof. Stasa Puskaric do Rochester Institute of Technology, Croácia, Dr. Mateo Socak da Universidade de Aarhus, Dr. Knut Borsheim, do Instituto de Pesquisa Marinha da Noruega, usa algoritmos avançados de IA para imitar o espectro de luz in situ encontrado no oceano, permitindo medições mais precisas e rápidas da absorção de carbono pelo fitoplâncton marinho. O trabalho detalhando o desenvolvimento e testes do LSR foi publicado recentemente no Journal of Marine Science and Engineering.
O LSR representa uma melhoria significativa em relação aos métodos tradicionais usados para estudar a produtividade primária, que muitas vezes lutam para refletir com precisão os complexos ambientes de luz do oceano. De acordo com o professor Buscaric, “A principal motivação por trás do LSR é abordar as limitações das incubadoras existentes, que não podem replicar as rápidas variações de luz que ocorrem nos sistemas naturais. Nosso sistema fornece controle preciso sobre o espectro de luz e a temperatura, permitindo aos pesquisadores estudar os fluxos de carbono com uma precisão sem precedentes.” O trabalho é considerado um passo importante para uma melhor compreensão dos processos que governam os fluxos de carbono da atmosfera para as profundezas do oceano, um factor chave na regulação climática.
O LSR usa uma combinação de tecnologia LED e algoritmos baseados em IA para simular com precisão as condições de luz em várias profundidades oceânicas. O sistema consiste em doze canais de LEDs de espectro total que podem ser ajustados individualmente para corresponder à irradiância medida em diferentes profundidades. Esta capacidade é crítica para simular com precisão as condições de luz natural experimentadas pelo fitoplâncton marinho, permitindo medições mais confiáveis da sua atividade fotossintética. O professor Puskarich e sua equipe testaram o LSR no Mar Adriático, comparando seu desempenho com os métodos tradicionais. Os resultados mostraram uma forte correlação entre os dois, confirmando a eficácia do LSR.
Um dos aspectos mais inovadores do LSR é o uso de IA para melhorar o processo de cópia do espectro de luz. O computador usa uma rede neural treinada em um banco de dados de curvas do espectro de luz, que são então refinadas usando um algoritmo genético para encontrar a estrutura ideal para cada amostra. Este processo garante que o LSR possa refletir as condições de luz desejadas com rapidez e precisão, compensando até mesmo a falta de certos comprimentos de onda no conjunto de LED. “A capacidade do LSR de encontrar o espectro de luz mais adequado em menos de 10 minutos é uma virada de jogo para os estudos de produtividade primária”, disse o professor Buscaric. “Isso permite que os pesquisadores conduzam experimentos com precisão e eficiência anteriormente inatingíveis.”
Além de imitar as condições de luz natural, o LSR também enfrenta muitos dos desafios associados aos métodos tradicionais de incubação, como manter a temperatura e a intensidade da luz constantes durante os experimentos. O design do sistema permite curtos períodos de incubação, o que é fundamental para capturar mudanças rápidas na absorção de carbono que ocorrem em resposta a condições ambientais flutuantes. Experimentos iniciais revelaram que o LSR pode produzir medições altamente precisas que se aproximam das medições obtidas nas incubações in situ tradicionais.
As aplicações potenciais do LSR vão além dos estudos primários de produtividade. O seu controlo preciso sobre as condições de luz pode ser usado para investigar uma vasta gama de processos oceânicos, incluindo os efeitos da luz na produção de carbono orgânico dissolvido e o papel das comunidades microbianas no ciclo do carbono. A equipa de investigação está confiante de que o LSR se tornará uma ferramenta essencial para os cientistas marinhos, fornecendo novos conhecimentos sobre os mecanismos que impulsionam o sequestro de carbono no oceano.
Em resumo, o Professor Buscaric e seus colegas desenvolveram o AI-Light Spectrum Replicator, que representa um avanço significativo no estudo da produtividade primária marinha. Ao combinar tecnologia de IA de ponta com sistemas de iluminação LED inovadores, o LSR proporciona aos investigadores um nível de controlo sem precedentes sobre as condições experimentais e abre caminho para estudos precisos e eficientes do fluxo de carbono no oceano.
Nota de diário
Buscaric, S., Chocak, M., Nincevic, G., Brelesnik, H., & Borsheim, KY (2024). “AI-Light Spectrum Replicator (LSR): um romance simulado em laboratório in situ/incubadora on-tech.” Jornal de Ciência e Engenharia Marinha, 12(2), 339. DOI: https://doi.org/10.3390/jmse12020339
Sensores Seabird HOCR, Prof. Um componente chave do sistema LSR da Stasa Buscaric, Prof.
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