Изменения в окружающей среде Северного Ледовитого океана на севере Аляски достигли такой точки, когда ранее редкое явление - повсеместное цветение ядовитых водорослей - может стать более обычным явлением, потенциально угрожая широкому кругу морских животных и людям, которые полагаются на местную флору и фауну. морские ресурсы для еды. Таков вывод нового исследования вредоносного цветения водорослей (ВЦВ) токсичных водорослей Alexandrium catenella, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Science.
В исследовании, проведенном учеными из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) в сотрудничестве с коллегами из Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) и другими исследователями из США, Японии и Китая, были изучены образцы из донных отложений и поверхностных вод, собранных в 2018 и 2019 годах в регионе, простирающемся от северной части Берингова моря до Чукотского моря и моря Бофорта к северу от Аляски. Образцы донных отложений позволили исследователям подсчитать и нанести на карту цисты александрия - семяподобную покоящуюся стадию, которая бездействует на морском дне большую часть года, прорастая или вылупляясь только в подходящих условиях. Недавно проросшие клетки всплывают на поверхность и размножаются, используя солнечную энергию, производя «цветение», которое может быть опасным из-за семейства сильнодействующих нейротоксинов, называемых сакситоксинами, которые производят свободно плавающие клетки.
Хотя микроскопические водоросли в океане чаще всего приносят пользу и служат основой морской пищевой сети, некоторые виды производят сильнодействующие нейротоксины, которые могут прямо или косвенно воздействовать на людей и дикую природу. Когда клетки александрия потребляются моллюсками и некоторыми рыбами, эти токсины могут накапливаться до уровней, которые могут быть опасны для людей и диких животных, что приводит к человеческому синдрому, называемому паралитическим отравлением моллюсками, с симптомами, варьирующимися от покалывания губ до респираторного расстройства и смерти.. У рыб уровни токсинов могут быть самыми высокими в пищеварительных и выделительных органах, таких как желудок, почки, печень, но очень низкими в мышцах и икре. Токсин также может вызывать заболевания и гибель морских диких животных, таких как более крупная рыба, морские млекопитающие и морские птицы. Это вызывает особую озабоченность у жителей прибрежных районов северной и западной Аляски, которые питаются разнообразными морскими ресурсами.
Мы знали о рисках для здоровья человека и морских диких животных, связанных с александрием и его токсинами в водах Аляски, в течение длительного времени, в том числе о случайных явлениях к северу от Берингова пролива, но эти результаты показывают повышенный потенциал для больших и повторяющихся цветений. этого вида как новой опасности для Арктики Аляски», - сказал Дон Андерсон, старший научный сотрудник WHOI и директор Университета США. S. Национальное управление по вредоносному цветению водорослей, руководившее исследованием. «Быстрое потепление, которое мы наблюдаем по всей Арктике, готовит почву для опасного цветения в водах западной и северной Аляски, которые, как мы раньше считали, были слишком холодными для значительного прорастания и роста».
Alexandrium являются частью группы одноклеточных организмов, обитающих в океанах и озерах по всему миру, известных как динофлагелляты, названные в честь их жгутиков - хлыстообразных придатков, которые клетки используют для плавания в воде. На стадии кисты клетки александрия оседают на морском дне, где они могут оставаться неактивными в течение десятилетий, ожидая, когда температура воды станет благоприятной для их прорастания и обретения свободно плавающей формы.
«По мере потепления климата значительное и продолжающееся сокращение протяженности и продолжительности сезонного ледяного покрова вдоль побережья западной и северной Аляски привело к резким изменениям», - сказал Боб Пикарт, физик-океанолог WHOI и соавтор. руководитель проекта с Андерсон.«К ним относится повышение температуры из-за локального нагрева свободных ото льда вод, а также увеличение притока более теплых и пресных вод из Тихого океана, текущих на север через район Берингова пролива в Чукотское море».
Кроме того, атмосферные условия и меньше сезонного морского льда означают, что организмы, рост которых зависит от солнечного света, в том числе александрий, способны процветать и размножаться. В результате этого и связанных с ним изменений, как пишут авторы в своей статье, в экосистеме Северного Ледовитого океана происходит «беспрецедентный сдвиг режима».
Среди этих сдвигов - время и благоприятные условия океана, которые способствуют прорастанию цист александрия на морском дне в районе залива Ледьярд на северо-востоке Чукотского моря. Ранее было известно, что александрий существует в Чукотском море в виде спящих цист или цветущих клеток, которые, как считается, были перенесены на север через Берингов пролив из популяций, происходящих с юго-востока Аляски, Алеутских островов или восточного побережья России. Быстрые течения, текущие на север через узкий Берингов пролив, замедляются возле залива Ледьярд, позволяя цистам александрия оседать на морском дне. Со временем сформировались исключительно плотные и большие скопления цист александрия. Раньше считалось, что температура воды на морском дне слишком низкая, чтобы обеспечить значительное прорастание для прививки местных цветов. Однако авторы демонстрируют, что потепление за последние два десятилетия повысило температуру придонной воды в заливе Ледьярд и близлежащих водах почти на 2 °C, что достаточно для почти удвоения потока проросших клеток с морского дна, а также ускорило процесс, тем самым продвинув начало цветения почти на три недели и удлинение окна для благоприятного роста и формирования цветения в поверхностных водах. Плавающие клетки александрия в поверхностных водах могут расти и размножаться. В результате они обнаруживают повышенный потенциал больших цветков александрия производить опасные уровни токсинов PSP, которые могут попасть в пищевую сеть и угрожать людям и дикой природе арктической экосистемы во время потепления. годы.
«То, что мы наблюдаем сейчас, - это совсем другие условия Северного Ледовитого океана, о которых никто на памяти живущих не знал», - сказал Андерсон. «В заливе Мэн в Атлантическом океане мы узнали, как отслеживать и управлять периодами цветения александрия и как поддерживать коммерческое и любительское рыболовство перед лицом ВЦВ, но решение этой новой проблемы ВЦВ в Арктике на Аляске потребует больших усилий. целенаправленных исследований и уделяем гораздо больше внимания продовольственной безопасности прибрежных жителей и коренных жителей Аляски, а также здоровью арктической дикой природы, чем мы уделяли до сих пор».
«Угроза ясна, но мы еще не знаем, в какой степени эти токсины в конечном итоге приведут к увеличению воздействия на человека или к воздействию на здоровье диких животных на всех уровнях пищевой сети», - сказала Кэти. Лефевр, биолог-исследователь из Северо-западного научного центра рыболовства NOAA, который в партнерстве с Андерсоном ведет параллельное исследование в тесном сотрудничестве с жителями Аляски, занимающимися натуральным хозяйством, о воздействии, концентрации и перемещении этих токсинов в пищевых цепях.«Чтобы усложнить проблему, это новый стресс для северных морских экосистем, которые уже претерпевают беспрецедентные изменения, добавляя еще одну заботу о продовольственной безопасности прибрежных народов, для которых океан является основным источником пищи и центральным элементом их идентичности. «Общества прибрежных районов Аляски теперь осведомлены об этой возникающей проблеме и являются активными партнерами в исследовательском процессе, направленном на защиту их средств к существованию, а также на углубление нашего понимания меняющейся Арктики и того, что это значит для будущего».
Поддержку исследованиям оказали Управление полярных программ Национального научного фонда США и Отделение наук об океане, Программа арктических исследований Национального управления океанических и атмосферных исследований США и Программа ECOHAB Национальных центров прибрежных и океанологических наук, а также Национальные институты здравоохранения через Центр океанов и здоровья человека Вудс-Хоул.
Основные выводы:
-Изменения в окружающей среде Северного Ледовитого океана на севере Аляски достигли точки, при которой повсеместное цветение токсичных водорослей Alexandrium catenella может стать более обычным явлением, потенциально угрожая широкому кругу морских диких животных и людям, которые полагаются на местные морские ресурсы. для продуктов питания.
-Свободно плавающие клетки александрия производят сакситоксин, семейство нейротоксинов, ответственных за паралитическое отравление моллюсками в дикой природе и у людей, потребляющих пораженных животных.
-Полевые исследования показали обширные залежи цист александрия, спящих, похожих на семена жизненных стадий водорослей, в донных отложениях к северу от Берингова пролива, в Чукотском море и в западной части моря Бофорта около Pt. Барроу
-Условия также благоприятствуют прорастанию этих цист и росту проросших свободно плавающих клеток в поверхностных водах, увеличивая популяции, переносимые в Арктику из южных вод.
Авторы: Дональд М. Андерсон1, Эванджелин Фашон1, Роберт С. Пиккарт2, Пейген Лин2, Алексис Д. Фишер11 Минди Л. Ричлен1, Виктория Ува1 1, Майкл Броснахан1, Лия МакРейвен2, Фрэнк Бар2, Кэти Лефевр3, Жаклин М. Grebmeier4, Seth Danielson5, Yihua Lyu6, Yuri Fukai7