Deep sea biological sampling

Abstract

With the advancement of Environmental DNA (eDNA) monitoring methods, there is a growing interest in developing new, simple, and cost-effective devices to collect eDNA from seawater, particularly from the deep sea. This thesis provides a theoretical introduction to the Environmental DNA concept and existing methods for sample collection, followed by a state-of-the-art review highlighting the key features of each analysed device. In the scope of this work, a novel device was designed and constructed, capable of filtering water at different depths and preserving the filters for subsequent analysis, by the addition of ethanol. The device can collect up to four independent filters. To clean the equipment, the user simply needs to fill a container a decontaminating liquid (10% sodium hypochlorite (NaClO) (bleach), per example) and place the device in cleaning mode. The constructed equipment consists of two aquarium pumps, one of them serving for the intake of external liquid, while the other one directs the alcohol from a reservoir to the system; and a valve system electronically controlled by a microcontroller that determines the state of each component based on the depth measured by a pressure sensor during sample collection. In cleaning mode, the microcontroller opens all valves, except the alcohol valve, sequentially and activates the intake pump for ten minutes. Once the ten minutes have elapsed, the pump is turned off, and the valves are closed sequentially. Finally, conclusions are presented, weaknesses of the equipment are revealed. Additionally, indications for possible future projects, aiming to optimize the device, are presented.

Com o avanço dos métodos de monitorização baseados na análise de DNA Ambiental (eDNA), há um crescente interesse no desenvolvimento de dispositivos simples e acessíveis para recolha de DNA ambiental da água do mar, em particular do mar profundo. Esta tese realiza uma introdução teórica do conceito de DNA Ambiental e dos métodos existentes para a recolha de amostras, seguida de uma revisão do estado da arte, destacando os pontos mais relevantes de cada dispositivo analisado. No âmbito deste trabalho, foi projetado e construído um novo dispositivo com a capacidade de filtrar água em diferentes profundidades, preservando os filtros para análise posterior, através da adição de etanol. Esse dispositivo é capaz de recolher até quatro filtros independentes. Para a limpeza do equipamento, o utilizador deve apenas encher um recipiente com uma solução descontaminante (hipoclorito de sódio (NaClO) (lixívia) 10%, por exemplo) e nele inserir o dispositivo em modo de limpeza. O equipamento desenvolvido é composto por duas bombas, em que uma delas serve para a introdução de líquido do exterior, enquanto a outra dirige o álcool de um reservatório para o sistema; e um sistema de válvulas eletronicamente controladas por um microcontrolador, que ajusta o estado de cada componente com base na profundidade medida por um sensor de pressão durante a recolha de amostras. No modo de limpeza, o microcontrolador abre todas as válvulas, exceto a válvula do álcool, sequencialmente, e aciona a bomba de alimentação por um período de dez minutos. Após o término desses dez minutos, a bomba é desligada e as válvulas são fechadas sequencialmente. Finalmente, as conclusões obtidas a partir deste estudo são apresentadas, juntamente com uma análise das limitações do equipamento. Adicionalmente, são apresentadas orientações para potenciais projetos futuros, com o propósito de aperfeiçoar o dispositivo.