Lake Erie algeblomstrer frøet internt af overvintrende celler i søbunds sedimenter

Western Lake Eries årlige sommeralgeopblomstring udløses, i hvert fald delvist, af cyanobakterieceller, der overlever vinteren i sedimenter på søbunden, kom så frem om foråret for at "så" næste års blomst, ifølge et forskerhold ledet af videnskabsmænd fra University of Michigan.

Resultaterne fremmer forskernes forståelse af den grundlæggende biologi, der driver de årlige sommeropblomstringer, som både er en uskøn gene og en potentiel fare for folkesundheden. Ud over, arbejdet identificerer en mekanisme til at forklare den hurtige stigning i Lake Erie blomstringsstørrelse og rumlige udstrækning i forsommeren.

"Undersøgelsen tyder på, at den indledende opbygning af opblomstringer kan ske med en meget højere hastighed og over en større rumlig udstrækning, end det ellers ville være muligt, på grund af den brede tilstedeværelse af levedygtige celler i sedimenter i hele søen, " sagde studielederforfatter Christine Kitchens, en forskningstekniker ved Cooperative Institute for Great Lakes Research (CIGLR) ved U-M.

"Disse overvintrende celler kan hurtigt blive medført i vandsøjlen - især efter en stormhændelse - og begynde aktivt at vokse."

Undersøgelsen er planlagt til offentliggørelse 21. november i tidsskriftet PLOS ET . Køkkener udførte arbejdet til hendes kandidatafhandling på Skolen for Miljø og Bæredygtighed. De andre forfattere er Thomas Johengen, associeret direktør for CIGLR, og Timothy Davis, en lektor ved Bowling Green State University.

Western Lake Erie har længe været plaget af skadelig algeopblomstring, eller HAB'er, drevet hovedsageligt af næringsstoffer i landbrugets afstrømning. Blomsterne består hovedsageligt af Microcystis, en slægt af kolonidannende cyanobakterier, der nogle gange producerer levertoksiner kaldet mikrocystiner.

Lake Erie er en drikkevandskilde for 11 millioner mennesker. I 2014 en cyanobakterieopblomstring infiltrerede Toledos vandindtag, hvilket resulterer i en to-dages "drik ikke"-rådgivning for mere end 400, 000 mennesker.

Årets opblomstring var relativt lille og levede ikke op til forskernes forudsigelser. Johengen sagde, at videnskabsmænd burde overveje at inkorporere de nye oplysninger om overvintrende Microcystis-celler i computermodellerne, der bruges til at lave de årlige blomstringsprognoser.

Tidligere undersøgelser af andre tempererede søer rundt om i verden indikerer, at overvintrende populationer af Microcystis-celler har høj overlevelsesevne og kan frø sæsonbestemte opblomstringer. Imidlertid, cellernes nøjagtige bidrag i sedimenter har været mindre klart.

For Lake Erie, en undersøgelse fra 2009 konkluderede, at floderne Maumee og Sandusky var en potentiel kilde til Microcystis-cellerne - kendt af forskere som "inocula", fordi de inokulerer søen - som starter sommerens cyanobakterieopblomstring. Men andet arbejde tyder på, at flodpopulationer ikke frø til Erie-blomstringen.

Den nye UM-ledede undersøgelse menes at være den første til at vurdere både overflod og levedygtighed af overvintrende Microcystis-celler fra sedimenter i de store søer.

Forskerne indsamlede sedimentkerneprøver på 16 steder, der dækker 145 kvadratkilometer i den del af den vestlige Erie-sø, hvor skadelige cyanobakterier opblomstrer er mest udbredte og vedvarende. Prøveudtagningen blev foretaget over en toårig periode i vanddybder fra 10 til 30 fod.

Tilbage i laboratoriet, genetiske tests afslørede både den totale overflod af Microcystis-celler og fraktionen af ​​de celler, der var potentielt toksiske. Derefter blev der udført eksperimenter for at vurdere levedygtigheden af ​​overvintrende Microcystis-celler og for at dyrke nogle af cellerne i laboratoriet.

Mens Microcystis-cellekoncentrationer faldt markant i løbet af vinteren, de celler, der overlevede, forblev levedygtige - hvilket betyder, at de var i stand til at vokse - det følgende forår. Ud over, vækstforsøgene viste, at potentielt toksiske Microcystis-stammer med succes blev dyrket i en lidt højere hastighed end ikke-toksiske stammer.

Dette resultat kunne hjælpe med at forklare en tidligere observation fra National Oceanic and Atmospheric Administrations Lake Erie-overvågningsprogram:at procentdelen af ​​potentielt giftige Microcystis-celler er højest i de tidlige stadier af en opblomstring og falder hen over sommeren.

Johengen sagde, at det endnu ikke er kendt, om overvintrende Microcystis-celler opsamler vitale næringsstoffer fra sedimenterne og bruger disse næringsstoffer til at give næring til deres tidlige sæsons vækstspurt. Hvis det sker, det kunne komplicere bestræbelserne på at dæmme op for Lake Erie-opblomstringer ved at reducere gødningsafstrømningen fra afgrødearealer, han sagde.