“罐子中的实验室”将彻底改变我们对海洋生物学的理解

　　新视野
　　海洋占地球表面积的2/3以上，其中蕴藏着丰富的生物资源、矿产资源、水动力资源和空间资源，是人类社会实现可持续发展的基础。随着人类对海洋的重视，海洋科技取得了突飞猛进的发展，涌现出了很多新兴科技。那么，海洋科技领域的下一个大事件将是什么呢？

　　为了回答这个问题，英国《新科学家》杂志听取了来自纳米技术、材料学、网络基础设施、能源、机器人、传感学以及海洋学等领域的专家们的意见，为我们列出了如下5大极富想象力和创造力的新科技。

　　“迷你”实验室将揭示海洋生物的秘密

　　能够行进到海洋深处并连续工作几个月的自动实验室很快将能为我们提供海洋生命的生活细节，其详细程度将前所未有。很多科学家正着力打造的这些“罐子中的实验室”将彻底改变我们对海洋生物学的理解。

　　机器人实验室单芯片技术已经改变了分子生物学的面貌，然而，迄今为止，这些技术对海洋科学的帮助一直有限，因为海洋学研究领域面临的最大障碍是获得样本。自动潜水艇能收集样本并将其带回到岸边，但是这样的工作可能会耗时几个月；配备了实验室的研究船舶当然也能在海洋中漫游，但其过于昂贵，一艘研究船舶的操作成本每天高达5万美元。

　　有鉴于此，研究人员正在美国加州蒙特雷湾深海研究所主席克里斯·斯科林的领导下，研制一种“环保的基因组传感器”，一旦将该设备安装在自动水下机器中，它就会收集样本，快速对样本进行分析，而且，每当其漂浮到海面时，就会通过无线电信号，将分析结果快速传送到实验基地。

　　斯科林一直通过在1米高的圆柱内建立自动的水下实验室来测试这个想法。这些水下实验室能收集样本并对其进行过滤以便隔离出海洋微生物。接着，这些设备会对细胞进行分解以便获得并分析细胞的RNA、DNA和蛋白质；另外，该设备也能将样本存储起来以便以后检查使用。

　　但是，这些极度耗能的机器通常需要安置在海岸附近，以便同电网连接。为此，斯科林计划将实验室的大小缩小到仅为一个足球那么大，这样，它就能被一个小型潜水艇所携带并由电池提供电力。

　　完成这个任务面临着诸多挑战。这些设备必须在恶劣的海洋环境中工作几周甚至几个月，而且处理样本也非常需要技巧。斯科林说：“我们正在寻找的样本被稀释得很厉害，我们需要过滤很多升水才能得到一个样本，解决这个问题非常需要技巧。”

　　尽管面对的挑战可能非常大，但这些“迷你”实验室最终有可能提供的信息非常多而且极有价值。提升我们对海洋理解的关键是知道海洋生物如何起作用以及它们对不断变化的环境因素如何作出反应，而这些因素会随着时标的不同而不同。例如，二氧化碳会在几分钟内溶解；植物和藻类对太阳的光合作用则需要几个小时；而在水中上下游动的浮游生物所进行的碳和能量的转换则需要几天甚至几个月。

　　要想理解这些过程，唯一的方法是在很多地方测量这些活动如何随时间而变化。斯科林强调说：“以前从来没有人做到这一点，但现在，我们希望能做到。”他的设备能快速地对样本进行分析，这意味着这些设备应该能够探测出哪种基因何时被表达。斯科林希望在4年内做出一套设备样本。

　　美国南佛罗里达大学的海洋学家约翰·保罗表示，海洋正在经历巨变。海水吸收的二氧化碳正在改变海洋的酸碱度；海水的温度也在不断变化，而且，在某些地方，正在融化的冰川改变了海水的盐度。保罗说：“斯科林团队的‘迷你’实验室进行的现场测量非常有价值，我们现在并不知道它们会给我们提供什么信息，但毫无疑问，它们将改变我们对海洋的理解。”