Ежегодное летнее цветение водорослей в западной части озера Эри вызывается, по крайней мере частично, клетками цианобактерий, которые переживают зиму в донных отложениях озера, а затем появляются весной, чтобы «посеять» цветение следующего года, согласно исследовательская группа под руководством ученых Мичиганского университета.
Выводы расширяют понимание учеными основ биологии, определяющих ежегодное летнее цветение, которое является одновременно неприглядным неудобством и потенциальной опасностью для здоровья населения. Кроме того, в работе определен механизм, объясняющий быстрое увеличение размера и пространственной протяженности цветения озера Эри в начале лета.
«Исследование предполагает, что начальное нарастание цветения может происходить с гораздо большей скоростью и на большей пространственной протяженности, чем это было бы возможно в противном случае, из-за широкого присутствия жизнеспособных клеток в отложениях по всему озеру», - сказал он. ведущий автор исследования Кристин Китченс, техник-исследователь Совместного института исследований Великих озер (CIGLR) в UM.
"Эти зимующие клетки могут быстро попасть в толщу воды, особенно после шторма, и начать активно расти."
Исследование запланировано к публикации 21 ноября в журнале PLOS ONE. Китченс вела работу над своей магистерской диссертацией в Школе окружающей среды и устойчивого развития. Другими авторами являются Томас Йоэнген, заместитель директора CIGLR, и Тимоти Дэвис, доцент Государственного университета Боулинг-Грин.
Западное озеро Эри уже давно страдает от вредоносного цветения водорослей, или ВЦВ, которое в значительной степени подпитывается питательными веществами в сельскохозяйственных стоках. Цветы состоят в основном из Microcystis, рода колониеобразующих цианобактерий, которые иногда производят токсины печени, называемые микроцистинами.
Озеро Эри является источником питьевой воды для 11 миллионов человек. В 2014 году цианобактерии проникли в водозабор Толедо, в результате чего более 400 000 человек получили двухдневную рекомендацию «не пить».
Цветение в этом году было относительно небольшим и не оправдало прогнозов ученых. Йохенген сказал, что ученые должны рассмотреть возможность включения новой информации о зимующих клетках Microcystis в компьютерные модели, используемые для прогнозирования ежегодного цветения.
Предыдущие исследования других озер умеренного пояса по всему миру показывают, что зимующие популяции клеток Microcystis обладают высокой выживаемостью и могут вызывать сезонное цветение. Однако точный вклад клеток в отложения был менее ясен.
Что касается озера Эри, одно исследование 2009 года пришло к выводу, что реки Моми и Сандаски были потенциальным источником клеток Microcystis, известных ученым как «инокуляты», потому что они инокулируют озеро, которые инициируют летнее цветение цианобактерий. Но другая работа предполагает, что речные популяции не засевают цветки Эри.
Новое исследование под руководством UM считается первым, в котором оценивается как численность, так и жизнеспособность зимующих клеток Microcystis из отложений в Великих озерах.
Исследователи собрали образцы донных отложений на 16 участках площадью 145 квадратных миль в той части западного озера Эри, где вредоносное цветение цианобактерий наиболее распространено и устойчиво. Отбор проб проводился в течение двух лет на глубинах от 10 до 30 футов.
В лаборатории генетические тесты выявили как общее количество клеток Microcystis, так и долю потенциально токсичных клеток. Затем были проведены эксперименты по оценке жизнеспособности перезимовавших клеток Microcystis и выращиванию некоторых клеток в лаборатории.
Хотя концентрация клеток Microcystis значительно снизилась за зиму, выжившие клетки оставались жизнеспособными, то есть были способны расти следующей весной. Кроме того, эксперименты по выращиванию показали, что потенциально токсичные штаммы Microcystis успешно культивируются с несколько большей скоростью, чем нетоксичные штаммы.
Этот результат может помочь объяснить предыдущее наблюдение программы мониторинга озера Эри Национального управления океанических и атмосферных исследований: процент потенциально токсичных клеток Microcystis является самым высоким на ранних стадиях цветения и снижается в течение лета.
Йохенген сказал, что пока неизвестно, забирают ли зимующие клетки Microcystis жизненно важные питательные вещества из отложений и используют ли эти питательные вещества для подпитки своего всплеска роста в начале сезона. По его словам, если это произойдет, это может усложнить усилия по сдерживанию цветения озера Эри за счет сокращения стока удобрений с пахотных земель.