Уровни питательных веществ помогают определить, когда и где происходит быстрое накопление цианобактерий, а также размер этих соцветий. Но какие факторы контролируют их токсичность?
Великие озера являются домом для десятков обычных видов цианобактерий, но лишь некоторые из них являются токсичными нарушителями спокойствия.«Мы знаем, что вызывает это цветение: это питательные вещества из сточных вод с фермы.
Мы не до конца понимаем, что определяет, являются ли эти цветения цианобактерий высокотоксичными или нет», — сказал морской микробиолог и океанограф из Мичиганского университета Грегори Дик, руководитель междисциплинарного исследования. проект, который применяет современные методы геномики и химии окружающей среды к проблеме озера Эри.Дик сказал, что он надеется, что это исследование даст результаты, которые можно будет включить в компьютерные экологические модели, используемые для прогнозирования цветения цианобактерий.«Применяя инновационные технологии для изучения этого вредоносного цветения водорослей, мы открываем новые возможности для понимания того, какие организмы существуют и как эти сообщества меняются с течением времени», — сказал он. «Мы можем отслеживать определенные организмы так, как это было невозможно раньше».
Команда Дика получила грант в размере 250 000 долларов от Водного центра UM на 18-месячный проект, который начался 1 мая 2014 года. Члены команды представят результаты полевого сезона 2014 года на следующей неделе во время международной конференции по цветению цианобактерий в Bowling Green State. Университет в Огайо.
Они примут участие в выставке плакатов в понедельник вечером и в семинаре по средам.
Работа U-M в значительной степени опирается на методы экологической геномики, которые позволяют исследователям извлекать и секвенировать генетический материал в образцах воды или почвы и собирать вместе геномы присутствующих организмов.Ожидается, что в этом году в рамках проекта будут получены полные последовательности ДНК как минимум для 50 микробов озера Эри, сказал Дик. Тринадцать геномов из лабораторно выращенных штаммов цианобактерий Великих озер уже завершены и будут использоваться для помощи в интерпретации геномов окружающей среды.«Одним из уникальных элементов нашего исследования является то, что мы отслеживали целые микробные сообщества в западной части озера Эри в течение всего сезона, поэтому мы сможем определить, как составы меняются с течением времени», — сказал Дик. «Никто еще не изучал, какие виды микробов присутствуют в таком мелком масштабе».
4 августа прошлого года, в день снятия ограничений на питьевую воду в Толедо, команда Дика провела обычную поездку в понедельник утром для взятия проб воды на городском водозаборе, одной из шести станций в их сети. Исследователи UM воспользовались усилиями по мониторингу и отбору проб, проводимыми Лабораторией экологических исследований Великих озер Национального управления океанических и атмосферных исследований в Анн-Арборе.Анализ проб из водозабора от 4 августа показал присутствие 12 видов цианобактерий: пять, которые способны продуцировать токсины микроцистина, три, которые не могут продуцировать микроцистины, и четыре неклассифицированных организма.
Виды, продуцирующие токсины, включали Microcystis aeruginosa, цианобактерии, виновные в кризисе в Толедо, и, безусловно, наиболее распространенные токсичные цианобактерии в западной части озера Эри.29 июля, всего за четыре дня до того, как высокий уровень микроцистина остановил водную систему Толедо 2 августа, водный геохимик UM Роуз Кори и ее коллеги также собрали пробы воды на шести участках озера Эри.
Но вместо микробов они искали химические вещества, которые, предположительно, играли роль в формировании токсичности цветения цианобактерий.Одним из таких химикатов является перекись водорода, кислородсодержащее соединение, обычно используемое в качестве дезинфицирующего средства и находящееся в бесчисленных аптечках для домашних аптечек. Но исследования перекиси водорода Кори естественно производятся в озере Эри — а также в пресноводных и морских системах по всему миру — когда ультрафиолетовое излучение солнечного света взаимодействует с частицами органического углерода, растворенными в поверхностных водах.Перекись водорода и другие так называемые активные формы кислорода могут повредить водные организмы в результате процесса, называемого окислительным стрессом.
Предыдущие исследования, в том числе работа Ханса Паерла из Университета Северной Каролины, показывают, что токсин микроцистин помогает защитить цианобактерии от окислительного стресса.В условиях сильного окислительного стресса — в долгие летние дни, когда обильный солнечный свет и температура теплой воды способствуют превращению органического углерода в перекись водорода и другие активные формы кислорода, например, — цианобактерии, продуцирующие токсины, имеют конкурентное преимущество перед своими цианобактериями. нетоксичные кузены.Интересно то, что Кори и ее коллеги обнаружили, что уровни перекиси водорода на шести западных станциях озера Эри достигли пика 29 июля.
В этот день уровни были в два-три раза выше, чем обычно в озерах и других пресноводных системах, хотя все еще далеко. ниже уровней, которые могут представлять опасность для здоровья человека.«В поверхностных водах озера Эри очень высокие концентрации перекиси водорода, уровни которых достаточно высоки, чтобы — в контролируемых исследованиях — они оказывали пагубное воздействие на цианобактерии и другие организмы», — сказал Кори, доцент Университета штата Вашингтон.
Департамент наук о Земле и окружающей среде."Тот факт, что уровни достигли пика, когда они достигли своего пика, дразнит, но это не доказывает какой-либо роли перекиси водорода. Это не означает, что количество водорослей, образующих токсины, растет и цветет, потому что они лучше справляются с этим. например, перекись водорода. Но эти результаты подтверждают гипотезу о важности перекиси водорода ».
Чтобы продолжить эти выводы, Кори и его коллега Тимоти Дэвис из Национального управления океанических и атмосферных исследований проводят полевые и лабораторные эксперименты. Они добавляют различное количество перекиси водорода в образцы воды озера Эри, содержащие цианобактерии, вырабатывающие токсины, а затем измеряют выработку микроцистина.