伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的研究人员成功构思并测试了一种便携式设备DISCO，该设备首次对一种被称为超氧化物的高活性氧进行了原位测量，这种氧可能对珊瑚礁的健康起着不可或缺的作用。他们的发现于10月29日在《环境科学与技术》杂志上发表了一篇早期观点文章。, g. o, f5 [8 @- o. t
超氧化物是一种反应性化学物质，是所有呼吸和光合作用生物的副产品。这种不稳定形式的氧，或活性氧（ROS），容易窃取或产生电子。因此，众所周知，超氧物可以催化化学反应，从而导致癌症和其他疾病，这是当今饮食中摄入富含抗氧化物的食物（如蓝莓、坚果或黑巧克力）的众多原因之一。然而，在包括珊瑚在内的许多生物中，超氧化物的性质可能更为复杂。! _8 M- P1 d, W/ _8 ~1 b
该研究的合著者、世界卫生组织海洋化学家Colleen Hansel说：“过去，[超氧化物]只被认为是有毒的。”。“但我们现在知道，它被用于许多有益的过程。例如，在真菌、植物甚至动物中，超氧化物对生物体的免疫反应很重要。这一逻辑还没有真正转移到海洋生物中。”
2 g) s, ?: Z4 @& B0 G, G$ [Hansel和她的团队研究了这种化学物质与珊瑚礁中共生微生物的相互作用。初步证据表明，虽然珊瑚在细胞内达到高浓度时可能无法对超氧化物的毒性作用免疫，但它们也可能出于有益的原因在细胞外使用这种化学物质，例如防御海洋感染——其中一些可能是由海洋温度升高引起的。
' a0 N6 J) ~ B7 z& ^2 v7 @“超氧化物对生物体的反应就像一种金发姑娘效应，”他说www.52ocean.cn。“你不想要太多，因为它会导致氧化应激，但你也不想要太少，因为它对生理功能至关重要。”3 w2 [" F/ I( |' C* d" o/ `0 |8 u
直到最近，超氧化物的短暂性使得在海洋环境中取样变得异常困难——这种化学物质在海水中只能持续几分钟。这传统上没有时间将水样转移到实验室进行充分的分析。与此同时，其他船载系统操作繁琐，只能在非常选定的环境中使用。: M; o: \- ^6 E5 p; h
为了克服这些限制，世界卫生组织工程师Jason Kapit和世界卫生组织科学家Scott Wankel与Hansel及其实验室密切合作，开发了世界上第一台便携式DI超控潜水化学发光传感器或，或DISCO。有了它，他们能够在2017年前往古巴原始珊瑚礁系统Jardines de la Reina的研究之旅中实时采样超氧化物浓度。6 n% V4 i: o1 u/ h8 z% h+ w& S
这种方方正正的手持设备包括一个水封电池和一个平板电脑屏幕，水肺潜水员可以在深水中操作。在内部，流体泵在珊瑚产生这种看不见的化学物质时吸收这种化学物质。然后，DISCO在混合物中添加一种化学物质，与超氧化物反应，产生可测量的光，并由机载传感器读取。有了这些工具，DISCO在第一次实地测试中发现了不同珊瑚物种之间超氧化物水平的显著差异。
/ H, `2 W! f: N9 H7 F8 d“现在，我们希望能够为什么？”Hansel补充道。“为什么他们故意制造超氧化物？这对珊瑚有帮助吗？还是在某种程度上与压力有关？”3 }& u8 x& v! q# X. h3 L
世界卫生组织科学家科琳·汉塞尔（Colleen Hansel）在古巴女王花园（Gardens of the Queen）的珊瑚礁上用第一个DISCO模型潜水，DISCO代表DIver操作的潜水化学发光传感器。（Ashlee Lillis摄，©伍兹霍尔海洋研究所）
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自成立以来，DISCO经过重新设计，变得更加便携和轻便。2018年，Hansel、Wankel和Kapit合作进行了该设备的另一次迭代，这次的尺寸和重量大约是前代的一半。该团队还将DISCO改装成了名为SOLARIS的深海版本，以配合WHOI的载人潜水器，阿尔文2019年10月，他们能够使用SOLARIS检测加利福尼亚州中部海岸戴维森海山1300米深（约4200英尺）处珊瑚产生的超氧化物。
9 f1 `5 f: \1 q8 ?Hansel说：“我们已经在讨论下一步该如何利用这项技术。”。“我们如何构建包含其他活性氧物种的新传感器，以充分了解它们在生物健康和海洋化学中的作用？我看不到尽头。”
$ ~4 X3 O' b' P: H8 j伍兹霍尔海洋研究所的Scott Wankel、Jason Kapit、Kevin Manganini和Amy Apprill以及哈瓦那大学的Maickel Armenteros也参与了这篇论文的合作。0 p1 M4 t# d4 s8 n' v
这项研究由施密特海洋技术合作伙伴（G-1801-57385；给CMH）、国家科学基金会研究生研究奖学金计划（给KCG）和达利奥基金会的海洋倡议（现在的“OceanX”）（给AA）资助。这项研究是根据古巴共和国的要求在古巴的Jardines de la Reina进行的，是在对外关系部（MINREX）颁发的NV2370和NV2568许可证下进行的。这项研究也是根据古巴科学、技术和环境部国家保护区中心与美国伍兹霍尔海洋研究所之间的谅解备忘录进行的。2 @/ P5 {) ?4 A: z- ?
伍兹霍尔海洋研究所是马萨诸塞州科德角的一个私人非营利组织，致力于海洋研究、工程和高等教育。根据美国国家科学院的建议成立于1930年，其主要任务是了解海洋及其与整个地球的相互作用，并传达对海洋在不断变化的全球环境中的作用的基本理解。欲了解更多信息，请访问www.whoi.edu。
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