如何监测贻贝以显示水生毒素

AZoCleantech采访了北卡罗莱纳州立大学的Alper Bozkurt博士和Jay Levine博士。两人合作开发了一个监测贻贝运动的系统。双壳类软体动物的开合可以指示水中环境中的毒素。

你能给我们的读者总结一下你最近的研究吗?

我们证明，将一组加速度计(fitbit和其他可穿戴设备中的步长计数传感器)连接到淡水贻贝的外壳上，为我们提供了足够的分辨率来测量它们的外壳打开和张开行为。我们将这些传感器连接到无线网络，以同时监测一组贻贝。

双壳类软体动物的开合能表明水生环境中的毒素是什么?

淡水贻贝是地球上最濒危的动物之一。北美290多种物种中的大多数都受到威胁，濒临灭绝，或受到州和联邦野生动物机构的特别关注。淡水贻贝生活在溪流和湖泊中，当它们进食时，会清除水中的碎屑、藻类和细菌。

它们每天都开合壳，但如果有有害物质进入水中，它们通常都会合上壳，停止进食。监测它们的壳运动可以作为一个早期预警信号，表明有潜在危险的东西已经释放到水中。

图片来源:James Reynolds/ NCSU

这些软体动物能检测到哪些污染?

许多因素都与淡水贻贝的减少有关，如侵蚀和沉积、杀虫剂和采矿作业中的化合物浸出。进入水中的沉积物会扰乱它们的摄食活动，影响它们的健康，毒素会导致它们死亡。贻贝也会积累毒素，这可以帮助我们识别河流或湖泊中的毒素。

研究人员此前曾试图利用双壳类动物及其对毒素的反应作为水生生态系统状况的示踪剂。是什么让你的研究成功?

我们目前的研究重点是提高传感器的性能，而其他人早期的工作是使用磁铁和磁性探测器来监测裂缝行为。我们证明，加速度计提供优越的性能，超过他们的磁性同行。

你能介绍一下用来监测双壳类生物的系统的生产过程以及它们对毒素的反应吗?

该系统将一对加速度计安装在贻贝的每个壳上。然后，一根细线将这对加速度计与一个数据采集系统连接起来，该系统收集来自其他贻贝上的类似加速度计的数据。在这项研究中，我们用四对连接在四只贻贝上的配对来测试我们的系统。连接更多的贻贝是可能的和直接的。

聚合器上的数字数据存储在安全数字(SD)存储卡上。下一代系统包括一个无线收发器，通过蓝牙和WiFi连接将数据上传到云端。我们还开发了一个LoRa网络连接系统，并正在努力连接到GSM/LTE网络。

研究人员是如何从监测系统收集数据的?

我们最初的实验是在实验室环境中进行的，我们使用SD卡存储数据。该系统的下一代将数据上传到云端(文件存储服务中的文件夹)，研究人员可以在那里连接到互联网并下载数据。云连接通过LoRa、WiFi或GSM/LTE网络实现。

图片来源:James Reynolds/ NCSU

这个系统如何帮助研究人员更多地了解贻贝以及监测生态系统?

监测淡水贻贝的壳运动将有助于我们更好地了解它们的摄食活动和影响它们健康的污染物。贻贝通常在我们知道毒素进入河流之前就已经死亡，这种监测器可能会帮助我们在死亡发生之前发现问题。

北卡罗来纳州立大学的团队下一步要做什么?

我们的研究主要集中在受控的实验室环境中，目前我们正在努力将我们的系统转移到真实的现场环境中。

读者在哪里可以找到更多的信息?

欲知详情，请浏览以下网站:

http://www.aeclab.org/
http://www.ibionics.org/

关于Jay Levine博士

Levine博士是北卡罗来纳州立大学科学学院海洋、地球和大气科学系的教授，在那里他协调水生流行病学和保护实验室。他最初于1984年加入北卡罗莱纳州兽医学院，担任流行病学家，并为兽医专业的学生和研究生提供指导。虽然他的早期工作主要集中在节肢动物传播的疾病，特别是莱姆病，但他的研究成果还包括食品安全、人畜共患病、马和伴侣动物健康以及环境来源跟踪的研究。

在过去的20年里，他的实验室一直致力于了解淡水无脊椎动物的基本生物学，这些动物是地球上最濒危的动物之一。他的实验室进行的研究重点是它们的饮食和营养健康，它们的繁殖以增加人口，并确定导致它们在全球范围内减少的因素。Levine博士还担任他们的气候变化和社会研究生项目的联合主任。莱文博士积极支持早期阅读、数学和科学素养，并协调家庭作业天堂，这是北卡罗来纳州罗利的k-6年级儿童的免费课后辅导。

关于阿尔珀·博兹库尔特博士

Alper Bozkurt是北卡罗莱纳州立大学电气与计算机工程系的教授和大学教员。他拥有美国费城德雷塞尔大学生物医学工程硕士学位和美国纽约州伊萨卡康奈尔大学博士学位。

他是北卡罗来纳州立大学集成仿生微系统实验室的创始人和主任。他曾获得德雷塞尔大学Calhoun奖学金、康奈尔大学Donald Kerr奖、校长创新奖、北卡罗来纳州立大学William F. Lane杰出教师奖、国家科学基金会职业奖、IBM教师奖，并入选《大众科学》杂志2015年杰出10人名单。