Hvad forårsagede det mest giftige algeblomst, der nogensinde er observeret i Monterey Bay?

I det sene forår 2015, Nordamerikas vestkyst oplevede en af ​​de mest giftige algeopblomstringer nogensinde. Opblomstringen påvirkede dyrelivet, inklusive ansjoser, havfugle, og søløver, og førte til lukningen af ​​kommercielt fiskeri fra Californien til Washington. Forskere fandt hurtigt ud af, at blomstringen bestod af kiselalger i slægten Pseudo-nitzschia , men de kunne ikke se, hvorfor disse alger var blevet så giftige. Et nyt papir ind Geofysiske forskningsbreve viser, at i hvert fald i Monterey Bay, kiselalgene i denne opblomstring blev særligt giftige på grund af et usædvanligt lavt forhold mellem silikat og nitrat i bugtens farvande.

Nogle arter af Pseudo-nitzschia kiselalger producerer et potent neurotoksin kaldet domoinsyre, som kan forårsage anfald og død hos pattedyr. Tidligere opblomstringer af disse kiselalger i 1991 og 1998 gjorde syge og dræbte adskillige havfugle og søløver i Monterey Bay. Forskere forsøger dog stadig at finde ud af, hvorfor nogle Pseudo-nitzschia-blomster er mere giftige end andre.

2015 Pseudo-nitzschia blomstring faldt sammen med et storstilet biologisk eksperiment i Monterey Bay kaldet Ecology and Oceanography of Harmful Algal Blooms (ECOHAB). Under dette eksperiment, forskere fra MBARI, University of California i Santa Cruz, Moss Landing Marine Laboratories, og National Oceanic and Atmospheric Administration målte oceanografiske forhold samt koncentrationer af Pseudo-nitzschia og domoinsyre i hele Monterey Bay.

Under ECOHAB-eksperimentet, forskerholdet sendte undervandsrobotter på kryds og tværs rundt i bugten. Sensorer ombord på robotkøretøjerne afslørede ekstremt høje koncentrationer af giftigt Pseudo-nitzschia kiselalger, der lurer under overfladen. Forskerne forankrede også to robotiske molekylærbiologiske instrumenter (Environmental Sample Processors, eller ESP'er) nær den nordlige og sydlige ende af bugten. ESP'erne bekræftede, at blomstringen for det meste bestod af en særlig giftig art, Pseudo-nitzschia australis, og at disse kiselalger indeholdt usædvanligt høje koncentrationer af domoinsyre. Resultatet var en dødelig kombination:tætte populationer af særligt giftige kiselalger.

John Ryan, en MBARI oceanograf og hovedforfatter af det nylige papir, ønskede at vide, hvilke faktorer der påvirkede væksten og toksiciteten af ​​2015-blomstringen i Monterey Bay. Arbejder med ECOHAB-teamet, han undersøgte de fysiske og kemiske forhold op til blomstringen i 2015, og sammenlignede disse data med forhold målt i tidligere år.

Ryan overvejede først muligheden for, at usædvanligt varmt havvand kunne have spillet en rolle i blomstringen. Fra 2014 til 2016 var overfladevandet i det nordøstlige Stillehav meget varmere end normalt-et fænomen med tilnavnet "varm klat." Men efter at have sammenlignet 2015-forholdene med historiske data, Ryan fandt ud af, at farvandet i Monterey Bay ikke var usædvanligt varmt under blomstringen. Varmt vand påvirkede bugten før og efter blomstringen, men i løbet af foråret 2015 blev vandene afkølet af lokal opstandelse.

Opstrømning opstår, når stærke nordvestlige vinde flytter overfladevand væk fra kysten, tillade kulde, dybt vand, rig på nitrat, silikat, og andre næringsstoffer, at stige til havoverfladen. Fordi disse næringsstoffer virker som gødning til havalger, opwellingshændelser fører ofte til kiselalgeropblomstringer. Upwelling er almindelig omkring Monterey Bay i løbet af foråret.

I løbet af foråret 2015 en meget stærk upwelling begivenhed i slutningen af ​​marts indledte Pseudo-nitzschia blomstre. Dette blev efterfulgt af flere mildere hændelser, der foryngede kiselalgerpopulationer, mens de tillod drivalger at fortsætte og akkumulere i bugten. Disse fysiske faktorer hjalp med at forklare de tætte koncentrationer af alger i bugten, men de forklarede ikke, hvorfor disse alger indeholdt så meget domoinsyre.

Dernæst så Ryan og hans kolleger på kemien i bugten, med fokus på koncentrationer af to vigtige næringsstoffer - nitrat og silikat. Kiselalger har brug for nitrat til en lang række biokemiske processer, herunder produktion af domoinsyre. De har brug for silikat for at vokse og formere sig.

MBARI-forskere har målt nitrat og silikat i Monterey Bay næsten hver måned i de sidste 24 år. Undersøgelse af dette unikke datasæt, Ryan fandt ud af, at under normale forårsforhold i Monterey Bay, silikat er mere rigeligt end nitrat. Imidlertid, i månederne op til og under forårsblomstringen 2015, der var mere nitrat end silikat i bugtens farvande. Faktisk, på toppen af Pseudo-nitzschia blomstrer i maj, der var stort set intet silikat tilbage i vandet (formodentlig havde kiselalgene forbrugt det hele), men der var stadig noget nitrat tilbage.

I forhold til den videnskabelige litteratur, forskerne fandt laboratorie- og feltundersøgelser, der viste det Pseudo-nitzschia kiselalger kan blive mere giftige, hvis de løber tør for silikat, men stadig har nitrat til rådighed. Under disse forhold, Kiselalderen kan ikke reproducere hurtigt, men de kan stadig producere domonsyre. Kiselalger formerer sig ved at dele sig i to, så enhver domoinsyre i en modercelle deles mellem de to datterceller. Men når lave forhold mellem silikat og nitrat resulterer i mindre hyppig reproduktion, domoinsyre kan blive koncentreret i individuelle kiselalger.

Forskerne konkluderede, at de ekstraordinært høje populationer af Pseudo-nitzschia i 2015 var relateret til styrken og timingen af ​​upwelling-begivenheder. Men de ekstremt høje koncentrationer af domoinsyre var sandsynligvis forårsaget af usædvanlig havkemi - specifikt et lavt forhold mellem silikat og nitrat i bugtvande.

Fordi den usædvanlige kemi i bugtens farvande faldt sammen med den store opvarmning af det nordøstlige Stillehav, forskerne formoder, at der kan være en sammenhæng mellem de to fænomener. Men de har ikke nok data om havkemi uden for Monterey Bay til at uddybe denne forbindelse.

Reflektere over det seneste papir, Ryan sagde, "En af fordelene ved denne forskning er, at vi har brug for gode kemiske såvel som fysiske data for at forstå og forudsige skadelige algeopblomstringer. I dette tilfælde, næringsstoffet silikat så ud til at være nøglefaktoren. Imidlertid, andre næringsstoffer, såsom urinstof (i spildevand), kan også påvirke toksiciteten af ​​disse alger. Vi ser frem til at anvende vores nye teknologier til at overvåge biologiske, fysisk, og kemiske forhold i kysthavet. Dette vil hjælpe os med at forstå og i sidste ende forudsige, hvornår og hvor skadelige algeopblomstringer sandsynligvis vil forekomme."