Катастрофа 2015-16 крабов Dungeness сезон, задержанный и сокращенный из-за беспрецедентного цветения токсичных водорослей, является горьким воспоминанием для рыболовной промышленности Западного побережья. Виновником стала домоевая кислота, мощный нейротоксин, вырабатываемый морскими водорослями и обнаруженный в 1987 году как причина амнестического отравления моллюсками.
Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Круз добились существенного прогресса в понимании и прогнозировании условий, которые приводят к большому цветению водорослей, вырабатывающих токсины (диатомовые водоросли, называемые Pseudo-nitzschia). Но один аспект этого ядовитого цветения водорослей, который влияет на дикую природу, а также на экономически важный промысел, остается загадкой: как водоросли производят домоевую кислоту и что запускает ее производство?
Марилу Сисон-Мангус, доцент кафедры наук об океане в Калифорнийском университете в Санта-Круз, объясняет, что водоросли не всегда производят токсин. «Каждую весну и лето на побережье Калифорнии цветет Pseudo-nitzschia, но токсичность сильно различается», - говорит она. «Для индустрии морепродуктов этот токсин может иметь большое значение, поэтому мы хотим понять механизмы его производства. Это вопрос 30-летней давности».
Новый грант от программы NOAA «Экология и океанография вредоносного цветения водорослей» (ECOHAB) будет финансировать исследовательский проект, возглавляемый Сисон-Мангус, чтобы ответить на этот вопрос. Ее соисследователями в этом междисциплинарном проекте являются профессор химии Фил Крюс и статистик Джухи Ли, доцент кафедры прикладной математики и статистики. Грант NOAA предоставляет 130 000 долларов в год в течение трех лет, но гарантируется только первый год финансирования. Финансирование на последующие годы зависит от наличия будущих ассигнований NOAA.
Лаборатория Сисона-Мангуса в Калифорнийском университете в Санта-Круз исследовала роль бактерий в производстве домоевой кислоты водорослями. Оказывается, у самой псевдоницшии нет всех генов, необходимых для синтеза токсина.
«Мы считаем, что один из предшественников, необходимых для синтеза домоевой кислоты, производится 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 безбактериальные культуры Pseudo-nitzschia не способны продуцировать домоевую кислоту, а добавление бактерий в культуры восстанавливает выработку токсина. Она обнаружила, что морские бактерии типа Bacteroidetes, сами по себе или в сочетании с другими бактериями, постоянно вызывают резкий всплеск выработки домоевой кислоты в культурах трех разных видов Pseudo-nitzschia.
Sison-Mangus также наблюдала за цветением водорослей в заливе Монтерей и обнаружила тесную связь между уровнями домоевой кислоты и присутствием бактерий Bacteroidetes в ассоциации с Pseudo-nitzschia. Электронно-микроскопические изображения 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 раскрытии деталей того, как водоросли и бактерии взаимодействуют при производстве 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 уровень питательных веществ, которые, как известно, также влияют на цветение токсичных водорослей.
Выявление влияния множества факторов, одновременно изменяющихся 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, влияя на развитие цветения токсичных водорослей.
Результаты этого исследования могут быть включены в существующие прогностические модели для прогнозирования цветения Pseudo-nitzschia и уровней домоевой кислоты, разработанные в Калифорнийском университете в Санта-Круз профессором наук об океане Рафаэлем Куделой и ученым-исследователем Клариссой Андерсон..