借用哈姆雷特的话说，阿克伦大学（UA）的学生研究人员正在拿起武器，对抗一片麻烦的海洋——或者，在这种情况下，是一个充满入侵贻贝、藻华和其他污染物的湖泊。
Elena Stachew, Kelly Siman， Banafsheh Khakipoor和Lamalani sivert是亚利桑那大学综合生物科学项目的博士生。他们正在研究和开发技术和项目，包括以生物为灵感的沿海基础设施，监测营养污染的低成本光谱仪，以及K-12课程，以恢复和维持伊利湖及其服务人群的健康。
新的挑战
20世纪60年代，该湖从严重污染中恢复过来（其中一条支流凯霍加河（Cuyahoga River）发生了臭名昭著的大火），但在20世纪80年代，由于外来斑马和斑驴贻贝的引入，该湖遭受了新的灾难，这些贻贝被认为是通过圣劳伦斯海道运送过来的。据美国环境保护署（Environmental Protection Agency）称，除了堵塞取水结构，积聚在码头、浮标、船体和锚上，这些入侵者还对生态系统造成了严重破坏，导致当地蛤蜊种群几乎全部灭绝。
“斑马和斑马贻贝破坏了五大湖食物链的早期阶段，从其他小生物那里夺走了食物和栖息地，这反过来又影响了我们鱼类种群的健康和多样性，”斯塔肖说，她和她的同事是UA仿生学研究与创新中心（BRIC）的仿生学奖学金计划的成员，这是一个跨学科的中心，致力于受自然启发的创新。
金砖四国对外关系主任、前研究员艾米丽·肯尼迪博士表示，该奖学金项目是全球首个此类项目。该项目允许斯塔休和她的同行们通过与地区企业合作伙伴（如雅芳湖地区水（ALRW）、卓越STEM教学研究所（TIES）、克利夫兰水联盟（CWA）和生物栖息地）的助教奖学金进行与论文相关的研究。（后两者与bet365官网自然资源部海岸管理办公室合作）。
Stachew补充说，贻贝并不是唯一破坏生态系统的物种。泥沙悬浮——来自农业和城市径流、风暴潮和其他物理干扰的抬升和侵蚀的土壤和碎片——一直笼罩着近岸水域，阻碍了鱼类寻找食物和植物进行光合作用。
自然基础设施
“为了改善水质，我们需要减少流入的泥沙流和再悬浮，”斯塔休说。她正在实验室里开发小型的、以生物为灵感的沿海基础设施（如防波堤和海堤），像珊瑚礁、红树林和其他自然结构一样，减少入射的波浪能量，为水生动植物的繁荣创造更平静的水域。
与此同时，斯塔休的同行们正在与另一个困扰伊利湖十年的问题作斗争——蓝绿藻或蓝藻的繁殖，其形式是每年大规模爆发的难看的、有时有毒的绿色泡沫和粘液，即所谓的藻华。
西曼说：“多年来，藻华一直在自然发生，但我们真正担心的是，它们变得越来越频繁，规模越来越大，毒性也越来越大。”她接着解释说，营养物污染——或过量的磷和氮，通过农业和城市径流进入湖泊，通常是肥料和废物——是蓝藻生长的主要原因，每年夏天，蓝藻在伊利温暖的水中生长得特别好。（斑马和斑驴贻贝排出的磷使问题更加复杂。）
繁殖的蓝藻在水面上形成厚厚的漂浮的绿色浮渣，阻挡了阳光照射到下面的生物。当蓝藻分解时，它们不仅会耗尽水中的氧气，形成不适合生命生存的“死亡区”，而且有时还会释放出对动物和人类有害的微囊藻毒素。2014年，有害藻华（HABs）污染了托莱多的供水系统，导致该市40多万居民实施了为期三天的用水禁令，包括饮水、做饭、洗澡和刷牙。
公民科学家可以提供帮助
“我们需要的是一个长期的监测项目，而不仅仅是一个地理位置的长期监测，”西蒙说。“带着昂贵的光谱仪，每天在雨后的多个时间点和多个地理位置进行测量是不可行的。因此，我们决定看看是否可以开发一种以公民科学为基础的监测系统，这种系统成本低，易于使用，但足够准确，可以了解长期趋势，以便我们可以将数据众包。”
其中一个使用光谱仪的方法是，将混合了化学试剂的湖水样本倒入其中一个3d打印的隔间，将自来水的对照样本倒入另一个隔间。然后，操作员用衍射光（即光分裂成不同颜色的光谱）照射每个样品，通过对智能手机拍摄的图像进行计算机分析，通过比较每个样品中的光谱，可以检测到磷酸盐和硝酸盐的存在。
西弗兹还通过赞助组织TIES和ALRW，将水处理概念融入K-12的课堂，举办有关水质的讲座，并带学生参观水处理和污水处理厂。这种教育努力是“公民科学”的特征，这是一种鼓励公众为科学研究做出贡献的运动。
保护水资源
“现在，科学主要是针对科学家或研究人员的，但这并不一定是真的，”Khakipoor说，他通过TIES教授一门计算机编程课程（名为“Bee a Coder”），让小学生通过模仿蜜蜂的交流“舞蹈”的编码活动进行交流。“因为归根结底，我们所有人都是科学家——我们都在自己的生活中做实验。”
Khakipoor和sives通过ALRW正在开发一种计算机系统，该系统使用人工神经网络，其灵感大致来自人类大脑的思考和学习过程，以更好地分析数据并预测伊利湖赤潮和死区的发生。
西弗茨说：“在加州生活后，我对饮用水质量产生了兴趣，那里的水很稀缺，管理是所有公民共同的社会责任。”“我认为饮用水资源是我们下一个重大的全球问题。”