Overvågning af ændringer i det akvatiske system ved at lytte til mikroalger, der kommunikerer

Ledet af University of Bath, den forskning, der er publiceret i Videnskabelige rapporter viser, at i modsætning til populær tro, mikroalger kommunikerer med hinanden, når de er under stress.

Forskerne har afsløret, at under mørket frembringer en population af kiselalger - en type mikroalger - elektriske svingninger. Denne celle-til-celle-kommunikation menes at være en feedback- eller overlevelsesmekanisme som følge af stress på grund af ændringer i mikroalgernes fysisk-kemiske miljø - såsom lysmangel og temperaturstigninger. Denne celle-til-celle-signalering er designet til at modvirke disse ændringer og kan resultere i dannelsen af ​​algeopblomstringer.

Nøglen til at forstå klimaændringer

Ved at afkode denne form for kommunikation, i den fase, hvor koncentrationen af ​​celler stiger mest med tiden (vækstfase), forskerne mener, at dette vil give vigtige ledetråde til at forstå verdens udfordringer såsom klimaændringer. Algeopblomstring er et element i klimaændringer, hvor celler formerer sig i et ansigtstempo, som forskerne håber, de vil være i stand til bedre at afbøde ud fra denne nye forståelse.

For første gang, forskerholdet var i stand til at lytte til mikroalgerne kommunikere ved at optage deres elektriske interaktioner ekstracellulært ved hjælp af følsomme og lav modstand multi-elektrode arrays (MEA). Optagelserne, taget over en periode på timer, viste Diatom-kommunikation er samarbejdsvillig og synkroniseret gennem hele den målte population.

Alger verdens vigtigste 'planter'

Alger forekommer naturligt i størstedelen af ​​fersk- og saltvand. Imidlertid, klimaændringer forårsager en stigning i dannelsen af ​​skadelige algeopblomstringer over hele verden. Varmere vand, høje niveauer af næringsstoffer fra øget regn, der skyller landbrugsgødning ud i vandet, og tilstrækkeligt sollys bidrager alle til stigningen i algeopblomstring.

Algeopblomstring kan være skadelig for både akvatiske økosystemer og mennesker. Tykke blomster kan blokere sollys og nedbryde iltniveauet i vandet, som fisk og andre organismer har brug for for at overleve, og visse alger kan producere toksiner, der kan skade det menneskelige nervesystem ved at forurene fisk, som derefter spises, samt forårsage øjen- og lungeirritation samt astma.

Ledende forsker og underviser i University of Bath's Department of Electrical &Electronic Engineering, Dr. Paulo Rocha, sagde:

Alger er verdens vigtigste "planter." De spiller en afgørende rolle i den luft, vi indånder, mad vi spiser og farmakologiske lægemidler vi tager, herunder mod kræft. Alligevel er der kun så meget, vi ved om disse fantastiske 'planter'.

En sådan grund er, at der ikke er nogen metoder til rent faktisk at afkode algeradfærd. Dette projekt har åbnet en ny side i forståelsen af ​​algesignalering og vil gøre det muligt for nye sanseteknologier at forudsige udviklingen af ​​algeopblomstring og af en lang række stress-inducerede ændringer i det akvatiske økosystem.

Dette tværfaglige arbejde har stærke videnskabelige og teknologiske implikationer for at undersøge økologiske og fysiologiske stressforhold i alger. Det forventes, at vandselskaber i den nærmeste fremtid vil drage fordel af en kontrolteknologi, der er i stand til at forudsige og forringe skadelige og giftige algeopblomstringer ved tidligt at opdage begyndelse af algesignaler.

Direktør for Water Innovation &Research Center ved University of Bath (WIRC @ Bath), Professor Jan Hofman kommenterede:

"Dette er en spændende og vigtig opdagelse. At forstå, hvordan alger opfører sig, er ekstremt vigtigt for vandsikkerheden i mange områder i verden. Algeopblomstring har betydelig indflydelse på vandkvaliteten og tilgængeligheden, men kan også bruges i konstruerede løsninger til at forbedre vandkvaliteten. Dette projekt er et glimrende eksempel på, hvor vigtig tværfaglig vandforskning er."

Renere vand og billigere vandregninger

På længere sigt, denne nye viden kan betyde renere, mere naturligt vand og billigere regninger for vandforbrugerne, da der vil være et reduceret behov for, at vandforsyningsselskaber bruger vandbehandlingskemikalier.

Forskningen var et resultat af et internationalt samarbejde mellem University of Bath, Delft University of Technology (DUT) i Holland, Instituto Gulbenkian de Ciência i Portugal og det portugisiske institut for hav og atmosfære, I.P.

Artiklen "Collective electrical oscillations of a diatom population induced by dark stress" er blevet publiceret i Naturvidenskabelige rapporter .