可长期、自动工作的“水下分子生物学实验室”
全球第一套可在水下原位对产毒藻(和藻毒素)进行定性定量监测的系统
近30年来，全球水体富营养化日趋严重，各地水体频繁爆发有害藻华(Harmful Algal Blooms, HABs)。在海洋中，主要由甲藻和硅藻引起的赤潮对海洋生态造成了严重破坏，每次赤潮往往都对水产养殖业造成巨大损失，人们由于误食富集了赤潮毒素(如麻痹性贝毒PSP、腹泻性贝毒DSP、神经性贝毒NSP、遗忘性贝毒ASP等)的水产品后导致中毒的现象也频见报道。在淡水中，经济发达地区的湖泊、水库等水体经常爆发蓝藻水华，由于这些水体多是城市供水水源地，蓝藻水华伴生的蓝藻毒素(如微囊藻毒素、鱼腥藻毒素等)严重威胁着人们的饮用水安全！有害藻华的爆发对生态系统有严重的破坏，而如果藻华能产毒的话，就直接威胁到人们的生命安全！
目前，我国各级监测部门已将藻毒素的监测纳入日常监测项目中，但这还远远不够！我们知道，能形成藻华的藻中有一部分是能产毒的，而这些能产毒的藻并不是在整个生活史中都时时刻刻在产毒。对于预警而言，当藻毒素已经产生了再进行预警，时间上往往已经较晚。那么，是否有一种方法可以在产毒藻尚未产毒之前就可以预警呢？
常规的采样监测方法往往需要每隔2周-2个月去采样然后回来测量，看是否有藻毒素存在。两次测量都没有藻毒素的存在是否就一定能说明两次测量之间(2周-2个月)没有藻毒素的产生呢？ 对于供水水源而言，如果两次测量之间产生了蓝藻毒素而我们却不知道，就会严重威胁到人们的饮用水安全！是否有一种方法可以在水下原位、在线、连续监测水体中是否有产毒藻和藻毒素的存在呢？
为此，美国蒙特雷海洋研究所(Monterey Bay Aquarium Research Institute, MBARI)所长Chris Scholin博士带领的由生物学家、机械工程师和电子工程师组成的研究团队，花费近二十年时间研发出一款产毒藻及藻毒素在线监测系统ESP。ESP是一台全自动的水下分子生物学实验平台，可以在水下原位自动采样、过滤浓缩、破碎细胞、抽提核酸、进行三明治杂交(或竞争性酶联免疫吸附试验)、显影并拍摄、远程传输数据到岸上的监测中心。利用这种方法，在产毒藻还未爆发或还未产毒之前，就可以对其进行监测，结合藻毒素的测量，就能很好的对水质进行早期预警。
Image Source: MBARI, Moss Landing, CA
产毒藻在线监测系统ESP于2009年开始由美国Spyglass公司进行商业化操作，于2010年正式投产，并于当年销售出10台。其中国际上最顶级的海洋研究所Woods Hole海洋研究所(WHOI)6台、美国海洋与大气管理局(NOAA)1台、美国海岸带观察与预测中心(CMOP)1台、加拿大不列颠哥伦比亚大学1台和新加坡DHI公司1台。其中，WHOI的6台ESP的用户是国际上赤潮研究领域大名鼎鼎的Don Anderson教授，第1台ESP是由美国环境保护局(EPA)出资购买给Anderson教授使用的，后面的5台由美国自然基金委、美国海洋与大气管理局(NOAA)、美国环境健康科学研究所等联合资助。
2011年1月20日，ESP获得由美国联邦实验室联盟颁发的2011年度“联邦实验室联盟技术转化杰出奖(Federal Laboratory Consortium award for Excellence in Technology Transfer)”。
有害藻华相关藻类
哲水蚤目(Calanoida)，但不包括纺锤水蚤属(Acartia)、北镖水蚤属(Arctodiaptomus)、Candacia、真镖水蚤属(Eudiaptomus)、Pseudocalanus、Skistodiaptomus、歪水蚤属(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)是节肢动物门(Arthropoda)、有颚亚门(Mandibulata)、甲壳纲(Crustacea)、桡足亚纲(Copepoda)的一目。该目种类很多，海洋种类即已超过1700种。哲水蚤目下分同哲水蚤族、等哲水蚤族和异哲水蚤族，前二者全是海生种，在异哲水蚤族中有一些淡水种和半盐水种。该目动物大多营浮游生活，少数营底栖生活。[1]食性为滤食型。滤食水中硅藻、细菌、有机碎屑等的悬浮颗粒。该目动物(如中华哲水蚤)是许多经济鱼类和幼鱼的基本饵料。有些种类(如飞马哲水蚤)因数量大，分布广，又具有较高营养价值，可作为家畜和人类的食物。此外，有些种既可作为海流或水团的指示种，又可作为实验生态、生理、生化的研究对象。
Calyptogena属
短尾下目(Brachyura)
螃蟹，学术上称短尾下目(学名：Brachyura)，是十足目中的一个类，由于节肢动物门中的分类还有争议，因此有时它也被看做一个亚目。这个类中的大多数动物生活在海中，但也有不少生活在淡水中或陆地上。
甲壳纲(Crustacea)
无脊椎动物，节肢动物门中的第3个大纲。种数仅次于昆虫纲和蛛形纲。绝大多数水生，以海洋种类较多。
真核生物(Eukaryota)
青蟹(Carcinus maenas)
入侵生物。是欧洲和北非的原生物种，被引入至美国、澳洲及南非。牠们食量大且为广盐性兼广食性物种。在一些引入此种大食量捕食者的地区，已经造成其它螃蟹及双壳贝物种的减少。在适宜的环境中，雌性个体一次可产卵达到18万5千颗，这些卵在孵化为浮游性幼体前，会黏附在雌性的泳足上数个月。
西伯加虫科(Siboglinidae)
属于须腕动物门(Pogonophora)。该门动物是一类海生、非常长的蠕虫形的后生动物，最长可达36cm；是唯一没有口和消化管的非寄生三胚层无脊椎动物。
贻贝属(Mytilus)
贻贝是属于双壳类的一种贝类，卵很小，直径大约70微米左右。每个母体产卵可达1200万粒。在实验室里培养的个体，产卵时可使整个培养缸中的水变浑。卵在海水中遇到精子即受精发育。经过担轮幼虫和面盘幼虫时期，大约3—4个星期便沉至海底用足爬行，以后分泌足丝附着在外物上，变态成小贻贝，过固着的生活。在沿海各地的工厂里，常常汲引海水作为冷却用水，在引海水的同时，常常也把海水中所含的贻贝幼虫引了进来。这些幼虫进到海水管道里以后，可以很快地固着在水管壁上生长起来。由于工厂每天都在大量用水，引水管里的水流经雷保持很快的速度，所以就给这些小贻贝带来了大量的食料和氧气，使它能在管道里很好的生长。这样贻贝便很快的一个粘一个的聚生在管道的内壁上，无形中就等于加厚了管璧，缩小了水管的直径，这样就会大大地减少引进海水的数量，有时甚至于把管道完全堵塞，以至不得不暂时停工检修。现在已经采取措施防止贻贝在管道里生长。
食骨蠕虫属(Osedax)
2009年科学家在蒙特雷峡谷新发现的蠕虫，主要有两种Osedax rubiplumus和Osedax frankpressi。它们以死鲸骨头为生，没有眼睛、腿、嘴和胃，但是长着色彩鲜艳的柔软的纤毛，还有绿色的“根”。这种“根”可以渗入死鲸的骨头，在共生细菌的帮助下，吸收其中的营养。它们最引人注目的地方是柔软的红色纤毛，它们伸入水中，起着鳃的作用。在受到刺激时，蠕虫身体可以缩成一个透明的管子。身体另一端伸到了死鲸的骨头中，膨大形成一个囊。绿色的根就从囊中伸出，根上有许多与其共生的细菌，这些细菌可以分解鲸骨中的油。
多毛纲(Polychaeta)
多毛纲是环节动物门下的一个纲，是环节动物中最多的及比较原始的一类，有6000多种，除极少数为淡水生活外，其他均为海洋生活。常见的种类如沙蚕(Nereis)，沙蠋(Arenicola)、巢沙蚕(Diopatra)等。从生态习性上，多毛类可分为两种生活类型。一种是自由生活的，包括在海底泥沙表面爬行的种类、钻穴的种类、自由游泳的以及远洋生活的种类，通称为游走类(Errantia)。另一种是不能自由活动的，包括一些管居的或固定穴居的种类，通称为隐居类(Sedentaria)。多毛类动物绝大多数种类体长10cm左右，直径2-10mm，但最小的种类体长不足1mm，最长的可达2—3m。多毛纲中一些种是在大洋中营浮游生活，例如浮蚕科(Alciopidae)、玻璃虫科(Tomopteridae)等，它们像其他浮游动物一样，身体往往是透明的，其运动的方式也像沙蚕的爬行运动一样，例如玻璃虫(Tomopterls)，其疣足特化成膜状羽枝，刚毛已消失，触手极长，适合于浮游生活。
Podoplea，除了Gymnoplea(包括Calanoida)外的所有5个目
甲壳类动物。
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
长期、自动、连续监测产毒藻和藻毒素的变化
长期、自动、连续监测特定藻、细菌、浮游动物等的变化
提供定制化分子探针组合套装，完善解决客户的特殊需求
监测结果可无线传输到岸上基站
可水下原位工作(耐受50 m水压)，也可在监测平台或水站房中工作
可在水下采集并保存样品，等回收后在实验室进行分析
应用领域
有害藻华的监测预警
赤潮藻特别是产毒藻和藻毒素的监测
水华蓝藻特别是产毒藻和藻毒素的监测
环境监测、浮游植物生态学研究
海洋学与湖沼学研究
饮用水水源地安全监测
水厂供水安全监测
ESP 布放
Image Source: MBARI, Moss Lnding, CA检测的样品种类
ESP是一个完全自动化的水下分子学实验室，目前主要采用三明治杂交(Sandwich Hybridization Assay, SHA)和竞争性酶联免疫吸附试验(competitive Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, cELISA)两种方法来进行分子检测。但ESP并不局限于这两种方法，仪器厂家会不断更新采用新的适用于ESP的分子方法，用户也可以开发编程新的分子方法应用于ESP。
目前用于检测的探针主要针对部分产毒藻、细菌和浮游动物，但能检测的类型不限于下面列出的种类。在不对ESP硬件系统做任何改动的情况下，只需要设计合适的探针和试剂盒，就可以对新的种类进行检测。
有害藻华相关藻类
链状亚历山大藻(Alexandrium catenella) 该种分布广，北美、欧洲、南非、智利阿根廷和亚洲海域均有分布，青岛胶州湾、浙江、天津等海域可见。产生PSP毒素，毒害人类、鸟类和鱼类等。
塔玛亚历山大藻(A. tamarense)
典型有毒赤潮藻，分布广，在较暖的海域里发生赤潮的频率较高，日本海、菲律宾、马来西亚、埃及、西班牙、阿根廷、意大利、美国、澳大利亚、香港等地均有赤潮记录。我国海域在南海大鹏湾、厦门海域和胶州湾均有发现，需警惕该种引发赤潮。产生PSP毒素，毒害人类、鸟类和鱼类等。
典型有毒赤潮藻，分布广，在较暖的海域里发生赤潮的频率较高，日本海、菲律宾、马来西亚、埃及、西班牙、阿根廷、意大利、美国、澳大利亚、香港等地均有赤潮记录。我国海域在南海大鹏湾、厦门海域和胶州湾均有发现，需警惕该种引发赤潮。产生PSP毒素，毒害人类、鸟类和鱼类等。
赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)
世界近岸海域广布种，在温带近海底层水温>15～20℃的夏季大量繁殖。该种在大连湾、胶州湾等曾多次形成赤潮。
世界近岸海域广布种，在温带近海底层水温>15～20℃的夏季大量繁殖。该种在大连湾、胶州湾等曾多次形成赤潮。
澳洲拟菱形藻(Pseudo-nitzschia australis) 广泛分布于上升流(upwelling)海域中，能产生软骨藻酸(Domoic Acid, DA)。软骨藻酸DA是遗忘性贝毒ASP的活性成分。澳洲拟菱形藻经常导致DA中毒，在北美西海岸、新西兰和欧洲的贝类养殖场曾经因为澳洲拟菱形藻爆发而关闭。
多列拟菱形藻/伪优美拟菱形藻(P. multiseries / Pseudodelicatisima) 在中国东南沿海有分布。该种能产生软骨藻酸DA，导致中毒。
尖刺拟菱形藻(P. pungens)
中国东南沿海常见种。该种能产生软骨藻酸DA，导致中毒。
短凯伦藻(Karenia brevis)[曾用名短裸甲藻(Gymnodinium breve)]
典型有毒赤潮藻，世界范围内广泛分布，能产生神经性贝毒NSP，其活性成分是短裸甲藻毒素brevetoxins。
中国东南沿海常见种。该种能产生软骨藻酸DA，导致中毒。
短凯伦藻(Karenia brevis)[曾用名短裸甲藻(Gymnodinium breve)]
典型有毒赤潮藻，世界范围内广泛分布，能产生神经性贝毒NSP，其活性成分是短裸甲藻毒素brevetoxins。
米氏凯伦藻(K. mikimotoi) 典型有毒赤潮藻，世界范围内广泛分布，我国东海曾多次爆发米氏凯伦藻赤潮。
K. papilionacea 主要分布于澳大利亚和新西兰海域。
K. selliformis 主要分布于澳大利亚和新西兰海域。
铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和其它微囊藻(探针即将上市！)
世界范围内主要产毒蓝藻水华种源之一，我国广泛分布并频繁爆发蓝藻水华。其产生的微囊藻毒素严重危害供水安全。
世界范围内主要产毒蓝藻水华种源之一，我国广泛分布并频繁爆发蓝藻水华。其产生的微囊藻毒素严重危害供水安全。
其它产毒的淡水和海水藻(探针将陆续上市！)
藻毒素
? 软骨藻酸(Domoic Acid, DA)
软骨藻酸DA是遗忘性贝毒ASP的活性成分，主要由拟菱形藻产生。
? 麻痹性贝毒(PSP)(探针即将上市！)
? 神经性贝毒(NSP)(探针即将上市！)
? 腹泻性贝毒(DSP)(探针即将上市！)
? 微囊藻毒素-LR(探针即将上市！)
? 微囊藻毒素-RR(探针即将上市！)
? 其它藻毒素 (探针将陆续上市！)
软骨藻酸DA是遗忘性贝毒ASP的活性成分，主要由拟菱形藻产生。
? 麻痹性贝毒(PSP)(探针即将上市！)
? 神经性贝毒(NSP)(探针即将上市！)
? 腹泻性贝毒(DSP)(探针即将上市！)
? 微囊藻毒素-LR(探针即将上市！)
? 微囊藻毒素-RR(探针即将上市！)
? 其它藻毒素 (探针将陆续上市！)
细菌
? 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
动物幼虫
下面列的这些动物的幼虫多营浮游生活，可以通过ESP系统利用三明治杂交技术进行野外自动分析。
蔓足亚纲(Cirripedia)
属于节肢动物门甲壳纲。全部海生，成体固着生活，背甲变成含石灰质的外壳，包被体或全身。头部不明显，一般为雌雄同体。如藤壶(Balanus)、石砌(Pollicipes)等。
蔓足亚纲(Cirripedia)
属于节肢动物门甲壳纲。全部海生，成体固着生活，背甲变成含石灰质的外壳，包被体或全身。头部不明显，一般为雌雄同体。如藤壶(Balanus)、石砌(Pollicipes)等。
哲水蚤目(Calanoida)，但不包括纺锤水蚤属(Acartia)、北镖水蚤属(Arctodiaptomus)、Candacia、真镖水蚤属(Eudiaptomus)、Pseudocalanus、Skistodiaptomus、歪水蚤属(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)是节肢动物门(Arthropoda)、有颚亚门(Mandibulata)、甲壳纲(Crustacea)、桡足亚纲(Copepoda)的一目。该目种类很多，海洋种类即已超过1700种。哲水蚤目下分同哲水蚤族、等哲水蚤族和异哲水蚤族，前二者全是海生种，在异哲水蚤族中有一些淡水种和半盐水种。该目动物大多营浮游生活，少数营底栖生活。[1]食性为滤食型。滤食水中硅藻、细菌、有机碎屑等的悬浮颗粒。该目动物(如中华哲水蚤)是许多经济鱼类和幼鱼的基本饵料。有些种类(如飞马哲水蚤)因数量大，分布广，又具有较高营养价值，可作为家畜和人类的食物。此外，有些种既可作为海流或水团的指示种，又可作为实验生态、生理、生化的研究对象。
Calyptogena属
蛤类，尚无中文名。
短尾下目(Brachyura)
螃蟹，学术上称短尾下目(学名：Brachyura)，是十足目中的一个类，由于节肢动物门中的分类还有争议，因此有时它也被看做一个亚目。这个类中的大多数动物生活在海中，但也有不少生活在淡水中或陆地上。
甲壳纲(Crustacea)
无脊椎动物，节肢动物门中的第3个大纲。种数仅次于昆虫纲和蛛形纲。绝大多数水生，以海洋种类较多。
真核生物(Eukaryota)
青蟹(Carcinus maenas)
入侵生物。是欧洲和北非的原生物种，被引入至美国、澳洲及南非。牠们食量大且为广盐性兼广食性物种。在一些引入此种大食量捕食者的地区，已经造成其它螃蟹及双壳贝物种的减少。在适宜的环境中，雌性个体一次可产卵达到18万5千颗，这些卵在孵化为浮游性幼体前，会黏附在雌性的泳足上数个月。
西伯加虫科(Siboglinidae)
属于须腕动物门(Pogonophora)。该门动物是一类海生、非常长的蠕虫形的后生动物，最长可达36cm；是唯一没有口和消化管的非寄生三胚层无脊椎动物。
贻贝属(Mytilus)
贻贝是属于双壳类的一种贝类，卵很小，直径大约70微米左右。每个母体产卵可达1200万粒。在实验室里培养的个体，产卵时可使整个培养缸中的水变浑。卵在海水中遇到精子即受精发育。经过担轮幼虫和面盘幼虫时期，大约3—4个星期便沉至海底用足爬行，以后分泌足丝附着在外物上，变态成小贻贝，过固着的生活。在沿海各地的工厂里，常常汲引海水作为冷却用水，在引海水的同时，常常也把海水中所含的贻贝幼虫引了进来。这些幼虫进到海水管道里以后，可以很快地固着在水管壁上生长起来。由于工厂每天都在大量用水，引水管里的水流经雷保持很快的速度，所以就给这些小贻贝带来了大量的食料和氧气，使它能在管道里很好的生长。这样贻贝便很快的一个粘一个的聚生在管道的内壁上，无形中就等于加厚了管璧，缩小了水管的直径，这样就会大大地减少引进海水的数量，有时甚至于把管道完全堵塞，以至不得不暂时停工检修。现在已经采取措施防止贻贝在管道里生长。
食骨蠕虫属(Osedax)
2009年科学家在蒙特雷峡谷新发现的蠕虫，主要有两种Osedax rubiplumus和Osedax frankpressi。它们以死鲸骨头为生，没有眼睛、腿、嘴和胃，但是长着色彩鲜艳的柔软的纤毛，还有绿色的“根”。这种“根”可以渗入死鲸的骨头，在共生细菌的帮助下，吸收其中的营养。它们最引人注目的地方是柔软的红色纤毛，它们伸入水中，起着鳃的作用。在受到刺激时，蠕虫身体可以缩成一个透明的管子。身体另一端伸到了死鲸的骨头中，膨大形成一个囊。绿色的根就从囊中伸出，根上有许多与其共生的细菌，这些细菌可以分解鲸骨中的油。
多毛纲(Polychaeta)
多毛纲是环节动物门下的一个纲，是环节动物中最多的及比较原始的一类，有6000多种，除极少数为淡水生活外，其他均为海洋生活。常见的种类如沙蚕(Nereis)，沙蠋(Arenicola)、巢沙蚕(Diopatra)等。从生态习性上，多毛类可分为两种生活类型。一种是自由生活的，包括在海底泥沙表面爬行的种类、钻穴的种类、自由游泳的以及远洋生活的种类，通称为游走类(Errantia)。另一种是不能自由活动的，包括一些管居的或固定穴居的种类，通称为隐居类(Sedentaria)。多毛类动物绝大多数种类体长10cm左右，直径2-10mm，但最小的种类体长不足1mm，最长的可达2—3m。多毛纲中一些种是在大洋中营浮游生活，例如浮蚕科(Alciopidae)、玻璃虫科(Tomopteridae)等，它们像其他浮游动物一样，身体往往是透明的，其运动的方式也像沙蚕的爬行运动一样，例如玻璃虫(Tomopterls)，其疣足特化成膜状羽枝，刚毛已消失，触手极长，适合于浮游生活。
Podoplea，除了Gymnoplea(包括Calanoida)外的所有5个目
甲壳类动物。
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).
