Los bivalvos son extremadamente sensibles a las condiciones ambientales. El movimiento de su caparazón y el espacio entre las válvulas pueden servir c

Los sensores de mejillón allanan el camino para nuevas herramientas de monitoreo ambiental

MUNDIAL
Thursday, March 25, 2021, 07:00 (GMT + 9)

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han diseñado y demostrado un nuevo sistema que les permite monitorear de forma remota el comportamiento de los mejillones de agua dulce. El sistema podría usarse para alertar a los investigadores sobre la presencia de sustancias tóxicas en los ecosistemas acuáticos.

“Cuando los mejillones se alimentan, abren sus conchas; pero si hay algo nocivo en el agua, pueden cerrar sus caparazones inmediatamente, de una vez ”, dice Jay Levine, coautor de un artículo sobre el trabajo y profesor de epidemiología en NC State. “La gente ha estado tratando de encontrar formas de medir cuán ampliamente los mejillones y las ostras abren y abren sus conchas desde la década de 1950, pero ha habido una amplia variedad de desafíos. Necesitábamos algo que permitiera que los animales se movieran, se pudiera colocar en corrientes y recopilar datos, y ahora lo tenemos ".

Imagen: cortesía de letstalkscience.ca

"Básicamente, hemos diseñado un Fitbit personalizado para rastrear las actividades de los mejillones", dice Alper Bozkurt, autor correspondiente del artículo y profesor de ingeniería eléctrica e informática en NC State.

La idea fundamental de la investigación surge del hecho de que el comportamiento de alimentación de los mejillones es generalmente asincrónico, no es un asunto coordinado. Entonces, si un grupo de mejillones cierra sus conchas a la vez, es probable que sea una advertencia de que hay algo dañino en el agua.

Una de las cosas que los investigadores ya están haciendo con el nuevo sistema de sensores es monitorear el comportamiento de los mejillones para determinar si existen circunstancias inofensivas en las que los mejillones pueden cerrar sus conchas al mismo tiempo.

“Piense en ello como un canario en la mina de carbón, excepto que podemos detectar la presencia de toxinas sin tener que esperar a que mueran los mejillones”, dice Levine. “Al mismo tiempo, nos ayudará a comprender el comportamiento y controlar la salud de los propios mejillones, lo que podría darnos una idea de cómo varios factores ambientales afectan su salud. Lo cual es importante, dado que muchas especies de mejillones de agua dulce están amenazadas o en peligro de extinción ".

"Para minimizar los costos, todos los componentes que usamos para hacer este sistema de sensor prototipo están disponibles comercialmente; solo estamos usando las tecnologías de una manera que nadie las ha usado antes", dice Bozkurt.

Específicamente, el sistema utiliza dos unidades de medida inercial (IMU) en cada mejillón. Cada una de las IMU incluye un magnetómetro y un acelerómetro, como los que se usan en los teléfonos inteligentes para detectar cuándo está moviendo el teléfono. Una IMU está unida al caparazón superior del mejillón y la otra a su caparazón inferior. Esto permite a los investigadores comparar el movimiento de las mitades del caparazón entre sí. En otras palabras, esto permite a los investigadores saber si el mejillón está cerrando su caparazón, en lugar de que el mejillón sea arrojado al agua por una fuerte corriente.

Imagen: cortesía de letstalkscience.ca

Los cables de las IMU están diseñados para conectarse a un sistema de adquisición de datos que se montaría en una estaca en la vía fluvial. Cuando se coloca en un entorno natural, el sistema de adquisición de datos funciona con una celda solar y transmite datos de los sensores de forma inalámbrica a través de una red celular. El prototipo actual tiene cuatro mejillones conectados al sistema, pero podría manejar decenas.

Los investigadores hicieron más de 250 horas de pruebas con mejillones vivos en una pecera de laboratorio y encontraron que los sensores eran excepcionalmente precisos, midiendo el ángulo de apertura de la concha del mejillón en menos de un grado.

"Definitivamente puedes saber cuándo está cerrado, cuándo está abierto y cuánto", dice Bozkurt.

“Nuestro objetivo es establecer una 'Internet de los mejillones' y monitorear su comportamiento individual y colectivo”, dice Bozkurt. "Esto finalmente nos permitirá utilizarlos como sensores ambientales o centinelas".

Los investigadores ahora continúan con sus pruebas para comprender mejor la solidez del sistema. Por ejemplo, ¿cuánto tiempo podría durar en uso práctico en condiciones de la vida real? El equipo planea comenzar las pruebas de campo pronto.

“Además de explorar su efectividad como monitor ambiental, somos optimistas de que la tecnología puede ayudarnos a aprender cosas nuevas sobre los mejillones mismos”, dice Levine. “¿Qué los impulsa a filtrar y alimentar? ¿Cambia su comportamiento en respuesta a los cambios de temperatura? Si bien sabemos mucho sobre estos animales, también hay muchas cosas que desconocemos. Los sensores nos brindan la oportunidad de desarrollar valores de referencia para animales individuales y monitorear el movimiento de su caparazón en respuesta a los cambios ambientales ”.

El artículo, “Un sistema de detección basado en acelerómetros para estudiar el comportamiento de los bivalvos en la apertura de válvulas”, se publica en la revista IEEE Sensors Letters. Parvez Ahmmed y James Reynolds fueron coautores principales del artículo. Ambos son Ph.D. estudiantes en NC State y fueron co-mentores por Bozkurt y Levine.

El trabajo se realizó con el apoyo de la National Science Foundation, bajo las becas 1160483 y 1554367; y del Servicio de Pesca y Vida Silvestre de EE. UU., bajo la subvención 2018-0535 / F18AC00237.

Autor: Matt Shipman / ncsu.edu

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