可長期、自動工作的“水下分子生物學實驗室”
全球第一套可在水下原位對產毒藻(和藻毒素)進行定性定量監測的系統
近30年來，全球水體富營養化日趨嚴重，各地水體頻繁爆發有害藻華(Harmful Algal Blooms, HABs)。在海洋中，主要由甲藻和硅藻引起的赤潮對海洋生態造成了嚴重破壞，每次赤潮往往都對水產養殖業造成巨大損失，人們由于誤食富集了赤潮毒素(如麻痹性貝毒PSP、腹瀉性貝毒DSP、神經性貝毒NSP、遺忘性貝毒ASP等)的水產品后導致中毒的現象也頻見報道。在淡水中，經濟發達地區的湖泊、水庫等水體經常爆發藍藻水華，由于這些水體多是城市供水水源地，藍藻水華伴生的藍藻毒素(如微囊藻毒素、魚腥藻毒素等)嚴重威脅著人們的飲用水安全！有害藻華的爆發對生態系統有嚴重的破壞，而如果藻華能產毒的話，就直接威脅到人們的生命安全！
目前，我國各級監測部門已將藻毒素的監測納入日常監測項目中，但這還遠遠不夠！我們知道，能形成藻華的藻中有一部分是能產毒的，而這些能產毒的藻并不是在整個生活史中都時時刻刻在產毒。對于預警而言，當藻毒素已經產生了再進行預警，時間上往往已經較晚。那么，是否有一種方法可以在產毒藻尚未產毒之前就可以預警呢？
常規的采樣監測方法往往需要每隔2周-2個月去采樣然后回來測量，看是否有藻毒素存在。兩次測量都沒有藻毒素的存在是否就一定能說明兩次測量之間(2周-2個月)沒有藻毒素的產生呢？ 對于供水水源而言，如果兩次測量之間產生了藍藻毒素而我們卻不知道，就會嚴重威脅到人們的飲用水安全！是否有一種方法可以在水下原位、在線、連續監測水體中是否有產毒藻和藻毒素的存在呢？
為此，美國蒙特雷海洋研究所(Monterey Bay Aquarium Research Institute, MBARI)所長Chris Scholin博士帶領的由生物學家、機械工程師和電子工程師組成的研究團隊，花費近二十年時間研發出一款產毒藻及藻毒素在線監測系統ESP。ESP是一臺全自動的水下分子生物學實驗平臺，可以在水下原位自動采樣、過濾濃縮、破碎細胞、抽提核酸、進行三明治雜交(或競爭性酶聯免疫吸附試驗)、顯影并拍攝、遠程傳輸數據到岸上的監測中心。利用這種方法，在產毒藻還未爆發或還未產毒之前，就可以對其進行監測，結合藻毒素的測量，就能很好的對水質進行早期預警。
Image Source: MBARI, Moss Landing, CA
產毒藻在線監測系統ESP于2009年開始由美國Spyglass公司進行商業化操作，于2010年正式投產，并于當年銷售出10臺。其中國際上最頂級的海洋研究所Woods Hole海洋研究所(WHOI)6臺、美國海洋與大氣管理局(NOAA)1臺、美國海岸帶觀察與預測中心(CMOP)1臺、加拿大不列顛哥倫比亞大學1臺和新加坡DHI公司1臺。其中，WHOI的6臺ESP的用戶是國際上赤潮研究領域大名鼎鼎的Don Anderson教授，第1臺ESP是由美國環境保護局(EPA)出資購買給Anderson教授使用的，后面的5臺由美國自然基金委、美國海洋與大氣管理局(NOAA)、美國環境健康科學研究所等聯合資助。
2011年1月20日，ESP獲得由美國聯邦實驗室聯盟頒發的2011年度“聯邦實驗室聯盟技術轉化杰出獎(Federal Laboratory Consortium award for Excellence in Technology Transfer)”。
有害藻華相關藻類
哲水蚤目(Calanoida)，但不包括紡錘水蚤屬(Acartia)、北鏢水蚤屬(Arctodiaptomus)、Candacia、真鏢水蚤屬(Eudiaptomus)、Pseudocalanus、Skistodiaptomus、歪水蚤屬(Tortanus)和Neocopepoda的其它目。(Clade Calanoida, subset exclusive of Acartia, Arctodiaptomus,Candacia,Eudiaptomus,Pseudocalanus, Skistodiaptomus,Tortanus and other orders in the Neocopepoda.)
哲水蚤目(Calanoida)是節肢動物門(Arthropoda)、有顎亞門(Mandibulata)、甲殼綱(Crustacea)、橈足亞綱(Copepoda)的一目。該目種類很多，海洋種類即已超過1700種。哲水蚤目下分同哲水蚤族、等哲水蚤族和異哲水蚤族，前二者全是海生種，在異哲水蚤族中有一些淡水種和半鹽水種。該目動物大多營浮游生活，少數營底棲生活。[1]食性為濾食型。濾食水中硅藻、細菌、有機碎屑等的懸浮顆粒。該目動物(如中華哲水蚤)是許多經濟魚類和幼魚的基本餌料。有些種類(如飛馬哲水蚤)因數量大，分布廣，又具有較高營養價值，可作為家畜和人類的食物。此外，有些種既可作為海流或水團的指示種，又可作為實驗生態、生理、生化的研究對象。
Calyptogena屬
短尾下目(Brachyura)
螃蟹，學術上稱短尾下目(學名：Brachyura)，是十足目中的一個類，由于節肢動物門中的分類還有爭議，因此有時它也被看做一個亞目。這個類中的大多數動物生活在海中，但也有不少生活在淡水中或陸地上。
甲殼綱(Crustacea)
無脊椎動物，節肢動物門中的第3個大綱。種數僅次于昆蟲綱和蛛形綱。絕大多數水生，以海洋種類較多。
真核生物(Eukaryota)
青蟹(Carcinus maenas)
入侵生物。是歐洲和北非的原生物種，被引入至美國、澳洲及南非。牠們食量大且為廣鹽性兼廣食性物種。在一些引入此種大食量捕食者的地區，已經造成其它螃蟹及雙殼貝物種的減少。在適宜的環境中，雌性個體一次可產卵達到18萬5千顆，這些卵在孵化為浮游性幼體前，會黏附在雌性的泳足上數個月。
西伯加蟲科(Siboglinidae)
屬于須腕動物門(Pogonophora)。該門動物是一類海生、非常長的蠕蟲形的后生動物，最長可達36cm；是唯一沒有口和消化管的非寄生三胚層無脊椎動物。
貽貝屬(Mytilus)
貽貝是屬于雙殼類的一種貝類，卵很小，直徑大約70微米左右。每個母體產卵可達1200萬粒。在實驗室里培養的個體，產卵時可使整個培養缸中的水變渾。卵在海水中遇到精子即受精發育。經過擔輪幼蟲和面盤幼蟲時期，大約3—4個星期便沉至海底用足爬行，以后分泌足絲附著在外物上，變態成小貽貝，過固著的生活。在沿海各地的工廠里，常常汲引海水作為冷卻用水，在引海水的同時，常常也把海水中所含的貽貝幼蟲引了進來。這些幼蟲進到海水管道里以后，可以很快地固著在水管壁上生長起來。由于工廠每天都在大量用水，引水管里的水流經雷保持很快的速度，所以就給這些小貽貝帶來了大量的食料和氧氣，使它能在管道里很好的生長。這樣貽貝便很快的一個粘一個的聚生在管道的內壁上，無形中就等于加厚了管璧，縮小了水管的直徑，這樣就會大大地減少引進海水的數量，有時甚至于把管道完全堵塞，以至不得不暫時停工檢修?，F在已經采取措施防止貽貝在管道里生長。
食骨蠕蟲屬(Osedax)
2009年科學家在蒙特雷峽谷新發現的蠕蟲，主要有兩種Osedax rubiplumus和Osedax frankpressi。它們以死鯨骨頭為生，沒有眼睛、腿、嘴和胃，但是長著色彩鮮艷的柔軟的纖毛，還有綠色的“根”。這種“根”可以滲入死鯨的骨頭，在共生細菌的幫助下，吸收其中的營養。它們最引人注目的地方是柔軟的紅色纖毛，它們伸入水中，起著鰓的作用。在受到刺激時，蠕蟲身體可以縮成一個透明的管子。身體另一端伸到了死鯨的骨頭中，膨大形成一個囊。綠色的根就從囊中伸出，根上有許多與其共生的細菌，這些細菌可以分解鯨骨中的油。
多毛綱(Polychaeta)
多毛綱是環節動物門下的一個綱，是環節動物中最多的及比較原始的一類，有6000多種，除極少數為淡水生活外，其他均為海洋生活。常見的種類如沙蠶(Nereis)，沙蠋(Arenicola)、巢沙蠶(Diopatra)等。從生態習性上，多毛類可分為兩種生活類型。一種是自由生活的，包括在海底泥沙表面爬行的種類、鉆穴的種類、自由游泳的以及遠洋生活的種類，通稱為游走類(Errantia)。另一種是不能自由活動的，包括一些管居的或固定穴居的種類，通稱為隱居類(Sedentaria)。多毛類動物絕大多數種類體長10cm左右，直徑2-10mm，但最小的種類體長不足1mm，最長的可達2—3m。多毛綱中一些種是在大洋中營浮游生活，例如浮蠶科(Alciopidae)、玻璃蟲科(Tomopteridae)等，它們像其他浮游動物一樣，身體往往是透明的，其運動的方式也像沙蠶的爬行運動一樣，例如玻璃蟲(Tomopterls)，其疣足特化成膜狀羽枝，剛毛已消失，觸手極長，適合于浮游生活。
Podoplea，除了Gymnoplea(包括Calanoida)外的所有5個目
甲殼類動物。
Provannidae Provannidae is a family of deep water sea snails, marine gastropod mollusks in the clade Caenogastropoda (according to the taxonomy of the Gastropoda by Bouchet & Rocroi, 2005).
主要功能
長期、自動、連續監測產毒藻和藻毒素的變化
長期、自動、連續監測特定藻、細菌、浮游動物等的變化
提供定制化分子探針組合套裝，完善解決客戶的特殊需求
監測結果可無線傳輸到岸上基站
可水下原位工作(耐受50 m水壓)，也可在監測平臺或水站房中工作
可在水下采集并保存樣品，等回收后在實驗室進行分析
應用領域
有害藻華的監測預警
赤潮藻特別是產毒藻和藻毒素的監測
水華藍藻特別是產毒藻和藻毒素的監測
環境監測、浮游植物生態學研究
海洋學與湖沼學研究
飲用水水源地安全監測
水廠供水安全監測
ESP 布放
Image Source: MBARI, Moss Lnding, CA檢測的樣品種類
ESP是一個完全自動化的水下分子學實驗室，目前主要采用三明治雜交(Sandwich Hybridization Assay, SHA)和競爭性酶聯免疫吸附試驗(competitive Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, cELISA)兩種方法來進行分子檢測。但ESP并不局限于這兩種方法，儀器廠家會不斷更新采用新的適用于ESP的分子方法，用戶也可以開發編程新的分子方法應用于ESP。
目前用于檢測的探針主要針對部分產毒藻、細菌和浮游動物，但能檢測的類型不限于下面列出的種類。在不對ESP硬件系統做任何改動的情況下，只需要設計合適的探針和試劑盒，就可以對新的種類進行檢測。
有害藻華相關藻類
鏈狀亞歷山大藻(Alexandrium catenella) 該種分布廣，北美、歐洲、南非、智利阿根廷和亞洲海域均有分布，青島膠州灣、浙江、天津等海域可見。產生PSP毒素，毒害人類、鳥類和魚類等。
塔瑪亞歷山大藻(A. tamarense)
典型有毒赤潮藻，分布廣，在較暖的海域里發生赤潮的頻率較高，日本海、菲律賓、馬來西亞、埃及、西班牙、阿根廷、意大利、美國、澳大利亞、香港等地均有赤潮記錄。我國海域在南海大鵬灣、廈門海域和膠州灣均有發現，需警惕該種引發赤潮。產生PSP毒素，毒害人類、鳥類和魚類等。
典型有毒赤潮藻，分布廣，在較暖的海域里發生赤潮的頻率較高，日本海、菲律賓、馬來西亞、埃及、西班牙、阿根廷、意大利、美國、澳大利亞、香港等地均有赤潮記錄。我國海域在南海大鵬灣、廈門海域和膠州灣均有發現，需警惕該種引發赤潮。產生PSP毒素，毒害人類、鳥類和魚類等。
赤潮異彎藻(Heterosigma akashiwo)
世界近岸海域廣布種，在溫帶近海底層水溫>15～20℃的夏季大量繁殖。該種在大連灣、膠州灣等曾多次形成赤潮。
世界近岸海域廣布種，在溫帶近海底層水溫>15～20℃的夏季大量繁殖。該種在大連灣、膠州灣等曾多次形成赤潮。
澳洲擬菱形藻(Pseudo-nitzschia australis) 廣泛分布于上升流(upwelling)海域中，能產生軟骨藻酸(Domoic Acid, DA)。軟骨藻酸DA是遺忘性貝毒ASP的活性成分。澳洲擬菱形藻經常導致DA中毒，在北美西海岸、新西蘭和歐洲的貝類養殖場曾經因為澳洲擬菱形藻爆發而關閉。
多列擬菱形藻/偽優美擬菱形藻(P. multiseries / Pseudodelicatisima) 在中國東南沿海有分布。該種能產生軟骨藻酸DA，導致中毒。
尖刺擬菱形藻(P. pungens)
中國東南沿海常見種。該種能產生軟骨藻酸DA，導致中毒。
短凱倫藻(Karenia brevis)[曾用名短裸甲藻(Gymnodinium breve)]
典型有毒赤潮藻，世界范圍內廣泛分布，能產生神經性貝毒NSP，其活性成分是短裸甲藻毒素brevetoxins。
中國東南沿海常見種。該種能產生軟骨藻酸DA，導致中毒。
短凱倫藻(Karenia brevis)[曾用名短裸甲藻(Gymnodinium breve)]
典型有毒赤潮藻，世界范圍內廣泛分布，能產生神經性貝毒NSP，其活性成分是短裸甲藻毒素brevetoxins。
米氏凱倫藻(K. mikimotoi) 典型有毒赤潮藻，世界范圍內廣泛分布，我國東海曾多次爆發米氏凱倫藻赤潮。
K. papilionacea 主要分布于澳大利亞和新西蘭海域。
K. selliformis 主要分布于澳大利亞和新西蘭海域。
銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)和其它微囊藻(探針即將上市！)
世界范圍內主要產毒藍藻水華種源之一，我國廣泛分布并頻繁爆發藍藻水華。其產生的微囊藻毒素嚴重危害供水安全。
世界范圍內主要產毒藍藻水華種源之一，我國廣泛分布并頻繁爆發藍藻水華。其產生的微囊藻毒素嚴重危害供水安全。
其它產毒的淡水和海水藻(探針將陸續上市！)
藻毒素
? 軟骨藻酸(Domoic Acid, DA)
軟骨藻酸DA是遺忘性貝毒ASP的活性成分，主要由擬菱形藻產生。
? 麻痹性貝毒(PSP)(探針即將上市！)
? 神經性貝毒(NSP)(探針即將上市！)
? 腹瀉性貝毒(DSP)(探針即將上市！)
? 微囊藻毒素-LR(探針即將上市！)
? 微囊藻毒素-RR(探針即將上市！)
? 其它藻毒素 (探針將陸續上市！)
軟骨藻酸DA是遺忘性貝毒ASP的活性成分，主要由擬菱形藻產生。
? 麻痹性貝毒(PSP)(探針即將上市！)
? 神經性貝毒(NSP)(探針即將上市！)
? 腹瀉性貝毒(DSP)(探針即將上市！)
? 微囊藻毒素-LR(探針即將上市！)
? 微囊藻毒素-RR(探針即將上市！)
? 其它藻毒素 (探針將陸續上市！)
細菌
? ARCTIC96BD-19
? EB750-1B7
? KTCC1119
? Marine Alpha Proteobacteria
? Marine Cyanobacteria
? Marine Group 1 Crenarchaea
? Marine Group 2 Euryarchaea
? OM60
? SAR11
? SAR86 clade III
? SAR86 clades I-II
? EB750-1B7
? KTCC1119
? Marine Alpha Proteobacteria
? Marine Cyanobacteria
? Marine Group 1 Crenarchaea
? Marine Group 2 Euryarchaea
? OM60
? SAR11
? SAR86 clade III
? SAR86 clades I-II
動物幼蟲
下面列的這些動物的幼蟲多營浮游生活，可以通過ESP系統利用三明治雜交技術進行野外自動分析。
蔓足亞綱(Cirripedia)
屬于節肢動物門甲殼綱。全部海生，成體固著生活，背甲變成含石灰質的外殼，包被體或全身。頭部不明顯，一般為雌雄同體。如藤壺(Balanus)、石砌(Pollicipes)等。
蔓足亞綱(Cirripedia)
屬于節肢動物門甲殼綱。全部海生，成體固著生活，背甲變成含石灰質的外殼，包被體或全身。頭部不明顯，一般為雌雄同體。如藤壺(Balanus)、石砌(Pollicipes)等。
哲水蚤目(Calanoida)，但不包括紡錘水蚤屬(Acartia)、北鏢水蚤屬(Arctodiaptomus)、Candacia、真鏢水蚤屬(Eudiaptomus)、Pseudocalanus、Skistodiaptomus、歪水蚤屬(Tortanus)和Neocopepoda的其它目。(Clade Calanoida, subset exclusive of Acartia, Arctodiaptomus,Candacia,Eudiaptomus,Pseudocalanus, Skistodiaptomus,Tortanus and other orders in the Neocopepoda.)
哲水蚤目(Calanoida)是節肢動物門(Arthropoda)、有顎亞門(Mandibulata)、甲殼綱(Crustacea)、橈足亞綱(Copepoda)的一目。該目種類很多，海洋種類即已超過1700種。哲水蚤目下分同哲水蚤族、等哲水蚤族和異哲水蚤族，前二者全是海生種，在異哲水蚤族中有一些淡水種和半鹽水種。該目動物大多營浮游生活，少數營底棲生活。[1]食性為濾食型。濾食水中硅藻、細菌、有機碎屑等的懸浮顆粒。該目動物(如中華哲水蚤)是許多經濟魚類和幼魚的基本餌料。有些種類(如飛馬哲水蚤)因數量大，分布廣，又具有較高營養價值，可作為家畜和人類的食物。此外，有些種既可作為海流或水團的指示種，又可作為實驗生態、生理、生化的研究對象。
Calyptogena屬
蛤類，尚無中文名。
短尾下目(Brachyura)
螃蟹，學術上稱短尾下目(學名：Brachyura)，是十足目中的一個類，由于節肢動物門中的分類還有爭議，因此有時它也被看做一個亞目。這個類中的大多數動物生活在海中，但也有不少生活在淡水中或陸地上。
甲殼綱(Crustacea)
無脊椎動物，節肢動物門中的第3個大綱。種數僅次于昆蟲綱和蛛形綱。絕大多數水生，以海洋種類較多。
真核生物(Eukaryota)
青蟹(Carcinus maenas)
入侵生物。是歐洲和北非的原生物種，被引入至美國、澳洲及南非。牠們食量大且為廣鹽性兼廣食性物種。在一些引入此種大食量捕食者的地區，已經造成其它螃蟹及雙殼貝物種的減少。在適宜的環境中，雌性個體一次可產卵達到18萬5千顆，這些卵在孵化為浮游性幼體前，會黏附在雌性的泳足上數個月。
西伯加蟲科(Siboglinidae)
屬于須腕動物門(Pogonophora)。該門動物是一類海生、非常長的蠕蟲形的后生動物，最長可達36cm；是唯一沒有口和消化管的非寄生三胚層無脊椎動物。
貽貝屬(Mytilus)
貽貝是屬于雙殼類的一種貝類，卵很小，直徑大約70微米左右。每個母體產卵可達1200萬粒。在實驗室里培養的個體，產卵時可使整個培養缸中的水變渾。卵在海水中遇到精子即受精發育。經過擔輪幼蟲和面盤幼蟲時期，大約3—4個星期便沉至海底用足爬行，以后分泌足絲附著在外物上，變態成小貽貝，過固著的生活。在沿海各地的工廠里，常常汲引海水作為冷卻用水，在引海水的同時，常常也把海水中所含的貽貝幼蟲引了進來。這些幼蟲進到海水管道里以后，可以很快地固著在水管壁上生長起來。由于工廠每天都在大量用水，引水管里的水流經雷保持很快的速度，所以就給這些小貽貝帶來了大量的食料和氧氣，使它能在管道里很好的生長。這樣貽貝便很快的一個粘一個的聚生在管道的內壁上，無形中就等于加厚了管璧，縮小了水管的直徑，這樣就會大大地減少引進海水的數量，有時甚至于把管道完全堵塞，以至不得不暫時停工檢修?，F在已經采取措施防止貽貝在管道里生長。
食骨蠕蟲屬(Osedax)
2009年科學家在蒙特雷峽谷新發現的蠕蟲，主要有兩種Osedax rubiplumus和Osedax frankpressi。它們以死鯨骨頭為生，沒有眼睛、腿、嘴和胃，但是長著色彩鮮艷的柔軟的纖毛，還有綠色的“根”。這種“根”可以滲入死鯨的骨頭，在共生細菌的幫助下，吸收其中的營養。它們最引人注目的地方是柔軟的紅色纖毛，它們伸入水中，起著鰓的作用。在受到刺激時，蠕蟲身體可以縮成一個透明的管子。身體另一端伸到了死鯨的骨頭中，膨大形成一個囊。綠色的根就從囊中伸出，根上有許多與其共生的細菌，這些細菌可以分解鯨骨中的油。
多毛綱(Polychaeta)
多毛綱是環節動物門下的一個綱，是環節動物中最多的及比較原始的一類，有6000多種，除極少數為淡水生活外，其他均為海洋生活。常見的種類如沙蠶(Nereis)，沙蠋(Arenicola)、巢沙蠶(Diopatra)等。從生態習性上，多毛類可分為兩種生活類型。一種是自由生活的，包括在海底泥沙表面爬行的種類、鉆穴的種類、自由游泳的以及遠洋生活的種類，通稱為游走類(Errantia)。另一種是不能自由活動的，包括一些管居的或固定穴居的種類，通稱為隱居類(Sedentaria)。多毛類動物絕大多數種類體長10cm左右，直徑2-10mm，但最小的種類體長不足1mm，最長的可達2—3m。多毛綱中一些種是在大洋中營浮游生活，例如浮蠶科(Alciopidae)、玻璃蟲科(Tomopteridae)等，它們像其他浮游動物一樣，身體往往是透明的，其運動的方式也像沙蠶的爬行運動一樣，例如玻璃蟲(Tomopterls)，其疣足特化成膜狀羽枝，剛毛已消失，觸手極長，適合于浮游生活。
Podoplea，除了Gymnoplea(包括Calanoida)外的所有5個目
甲殼類動物。
Provannidae Provannidae is a family of deep water sea snails, marine gastropod mollusks in the clade Caenogastropoda (according to the taxonomy of the Gastropoda by Bouchet & Rocroi, 2005).
