Ученые Калифорнийского университета в Санта-Крус добились значительного прогресса в понимании и прогнозировании условий, которые приводят к крупному цветению токсин-продуцирующих водорослей (диатомовых водорослей, называемых псевдонитцшиями). Но один аспект этого токсичного цветения водорослей, который влияет на дикую природу, а также на экономически важные рыбные промыслы, остается загадкой: как водоросли производят домоевую кислоту и что запускает ее производство?Марилу Сисон-Мангус, доцент кафедры наук об океане Калифорнийского университета в Санта-Крус, объясняет, что водоросли не всегда производят токсин. «Каждую весну и лето вдоль побережья Калифорнии цветет псевдонитцския, но ее токсичность сильно различается», — говорит она. «Для индустрии морепродуктов этот токсин может иметь большое влияние, поэтому мы хотим понять механизмы, лежащие в основе его производства. Это вопрос 30-летней давности».
Новый грант от программы NOAA по экологии и океанографии вредоносного цветения водорослей (ECOHAB) будет финансировать исследовательский проект, возглавляемый Сисоном-Мангусом, чтобы ответить на этот вопрос. В число ее со-исследователей этого междисциплинарного проекта входят профессор химии Фил Круз и статистик Джухи Ли, доцент прикладной математики и статистики. Грант NOAA предоставляет 130 000 долларов в год в течение трех лет, но гарантировано финансирование только на первый год.
Финансирование на последующие годы зависит от наличия будущих ассигнований NOAA.Лаборатория Сисона-Мангуса в Калифорнийском университете в Санта-Крус изучает роль бактерий в производстве домоевой кислоты водорослями. Оказывается, сама псевдонитцския не имеет всех генов, необходимых для синтеза токсина.
«Мы думаем, что один из прекурсоров, необходимых для синтеза домоевой кислоты, вырабатывается бактериями», — сказал Сисон-Мангус. «Если это так, мы можем использовать присутствие бактерий в качестве маркера для прогнозирования токсичности водорослей».Предыдущие эксперименты Сисона-Мангуса и других показали, что свободные от бактерий культуры Pseudo-nitzschia не способны производить домоевую кислоту, в то время как добавление бактерий к культурам восстанавливает выработку токсинов. Она обнаружила, что морские бактерии, входящие в состав типа Bacteroidetes, по отдельности или в сочетании с другими бактериями, постоянно вызывают большой всплеск продукции домоевой кислоты в культурах трех разных видов Pseudo-nitzschia.
Sison-Mangus также следил за цветением водорослей в заливе Монтерей и обнаружил тесную корреляцию между уровнями домоевой кислоты и присутствием бактерий Bacteroidetes в сочетании с Pseudo-nitzschia. Изображения, полученные с помощью электронного микроскопа, показывают бактерии, живущие на внешней поверхности клеток водорослей.«Мы знаем, что эти бактерии связаны с токсичным цветением океана, и мы знаем, что они вызывают всплеск токсичности в лаборатории, но мы не знаем механизмов производства токсинов», — сказал Сисон-Мангус.Одна часть нового исследовательского проекта будет сосредоточена на выяснении деталей того, как водоросли и бактерии взаимодействуют с образованием домоевой кислоты.
Другая часть проекта будет использовать данные мониторинга из залива Монтерей, чтобы оценить, как это взаимодействие вписывается в более широкий контекст многих физических и экологических факторов, таких как температура воды и уровни питательных веществ, которые, как известно, также влияют на цветение токсичных водорослей.Разобраться во влиянии множества факторов, которые одновременно изменяются в сложной системе, является сложной задачей. Но это область знаний Джухи Ли, и она разработала байесовский подход к статистическому моделированию, который поможет исследователям понять, как все эти факторы взаимодействуют, чтобы повлиять на развитие токсичного цветения водорослей.
Результаты этого исследования могут быть включены в существующие прогностические модели для прогнозирования цветения псевдо-нитцскии и уровней домоевой кислоты, разработанные в Калифорнийском университете в Санта-Круз профессором наук об океане Рафаэлем Куделой и ученым-исследователем Клариссой Андерсон.