Hvad er det egentlig, der nærer Long Islands destruktive brune tidevand?

Forskere ved Columbia University's Lamont-Doherty Earth Observatory kan have fundet en ny strategi til at begrænse væksten af ​​en algeart kaldet Aureococcus anophagefferens, som ved høje tætheder kan resultere i ødelæggende brunt tidevand. Udnyttelse af en genomisk tilgang kaldet metatranscriptomics, forskerne fastslog, at fosforhåndtering kan være vigtig for at kontrollere brune tidevand.

Aureococcus anophagefferens dukkede op ud for Long Island i 1985, gør flodmundinger farven af ​​mudder, fortrænger indfødt havgræs, og forgiftning af skaldyr. Algerne blomstrede, kvæler en engang blomstrende skaldyrsindustri og forringer regionens altafgørende turismehandel. Det fortsætter med at plage Long Islands Great South Bay og andre midt-atlantiske farvande.

Forskere ville vide, hvordan Aureococcus anophagefferens formåede at vokse så godt langs kyster, der er stærkt påvirket af menneskelige aktiviteter. En undersøgelse fra 2011 gav et kritisk udgangspunkt ved at sekventere denne alges genom - og identificerede, at den havde egenskaber, der gjorde det muligt for den at trives i menneskeskabt modificerede økosystemer med højt indhold af organisk stof. I en undersøgelse fra 2014, opfølgende forskning afslørede planteplanktonets overlevelseshemmelighed, som ligger i dens DNA; Aureococcus kan lave enzymer, der nedbryder organisk nitrogen og fosfor, når uorganiske næringsstoffer løber op. giver den mulighed for at slå konkurrerende organismer ud og blomstre. Kvælstof og fosfor Aureococcus har brug for at blomstre kommer ofte fra regnvandsafstrømning og andre landbaserede kilder.

Baseret på DNA og anden forskning, forskere lærte, hvordan generne kodet i genomet tændes og slukkes som reaktion på tilførslen af ​​næringsstoffer som nitrogen og fosfor, udvikling af en metatranskriptomisk tilgang til at identificere aktiviteterne af Aureococcus i et blandet samfund af andre alger. Traditionelt, forskere sporer opblomstringen ved at tælle cellerne i vandet og måle vandkemien for at se, om algerne er begrænsede for nitrogen eller fosfor.

"Du overvåger vandkemi og hvor mange celler der er, og det kan fortælle dig, om algesamfundet får nok nitrogen eller nok fosfor, og som påvirker ledelses- og afhjælpningsbeslutningstagningen, " sagde Lamonts mikrobielle oceanograf og seniorforfatter Sonya Dyhrman. Dette har typisk betydet at fokusere indsatsen på at reducere kvælstoftilførslen til flodmundingerne, der er vært for brune tidevand.

Imidlertid, i undersøgelsen offentliggjort i denne uge i Grænser i mikrobiologi , Dyhrman og hendes kolleger tog en anden, mere direkte tilgang til at vurdere, hvad der fodrer disse celler, bringer deres forespørgsel til cellerne i farvandet ud for Hamptons. Dyhrman sammenligner den traditionelle måde at måle Aureococcus-aktiviteterne på med at gå ind i et køleskab og afgøre, om en person er sund ud fra, hvad der er i køleskabet.

"Det er denne idé, at vi drager slutninger om algernes helbred eller aktivitet baseret på, hvad der er i vandet i stedet for at se på selve cellerne. En meget bedre måde end at kigge i køleskabet ville være at teste dig for at se, om du er sundt eller ej. Det, vi går i gang med med denne undersøgelse, er at spørge algerne selv, om de får nok nitrogen eller nok fosfor, " forklarede Dyhrman.

Træde i kræft, de spurgte hvilke gener der tændes og slukkes, at vide - fra tidligere fund - at forskellige, specifikke gener aktiveres af nitrogen og andre af fosfortilgængeligheden. Det, de fandt, var overraskende.

"Vandets kemi (køleskabstilgangen) fortalte os, at de ikke får nok nitrogen. Men da vi så på cellerne, de tændte for alle deres gener, der indikerede, at de ikke fik nok fosfor. Ikke hvad vi forventede, sagde Dyhrman.

Det var første gang, forskerne var i stand til at bruge genekspressionstilgangen til specifikt at spørge denne skadelige algeart, hvilke ressourcer den bruger i marken - noget, der ikke har været sporbart indtil for nylig.

"Cellerne fortalte os noget andet end vandkemien, " sagde Dyhrman. "Hvilket betyder, at vi ikke kun skal tænke på nitrogen, men også på fosfor, når vi tænker på at kontrollere eller afbøde disse opblomstringer."

"Vi har vist med denne metode, at algecellerne hurtigt reagerer på variabler i deres miljø, som vi heller ikke kan, eller har ikke, endnu opdaget, " sagde Louie Wurch, hovedforfatter og assisterende professor ved James Madison University. "Vi har meget mere at lære, og dette har virkelig åbnet døren for en masse spændende fremtidig forskning!"