در طول ماههای گرمتر، دریاچه ایری به محیطی ایدهآل برای رشد سریع سیانوباکتریها تبدیل میشود که به عنوان جلبکهای سبز آبی نیز شناخته میشوند. تحت این شرایط، جلبک ها می توانند شکوفه های بزرگی تشکیل دهند که سموم را در سطوحی آزاد می کنند که می تواند به حیات وحش و انسان آسیب برساند.
اکنون محققان دانشگاه میشیگان ارگانیسمی را که مسئول تولید این سموم است پیدا کرده اند. کار آنها گونه خاصی از سیانوباکتری ها به نام Dolichospermum را به عنوان منبع شناسایی می کند.
شکوفه های جلبکی مضر یا HAB ها می توانند از گونه های زیادی از سیانوباکترها تشکیل شده باشند که هر کدام می توانند سموم مختلفی تولید کنند. تعیین اینکه کدام گونه سم تولید می کند برای نظارت، پیش بینی و مدیریت رویدادهای شکوفایی مهم است.
ردیابی منبع میکروسیستین و ساکسی توکسین
فوران عظیم در سال ۲۰۱۴ سم میکروسیستین را تولید کرد و تهدیدی جدی برای تامین آب آشامیدنی تولدو بود. پیش از این، در سال ۲۰۰۷، دانشمندان نشانه هایی از سم بسیار قوی به نام ساکسی توکسین را در دریاچه ایری کشف کرده بودند، اما منبع بیولوژیکی آن ناشناخته بود. ساکسی توکسین ها متعلق به گروهی از نوروتوکسین های نزدیک به هم هستند که در میان قوی ترین سموم طبیعی به حساب می آیند.
گرگوری دیک، استاد علوم زمین و محیط زیست و محیط زیست و پایداری، گفت: “مزیت اصلی دانستن اینکه کدام ارگانیسم سم را تولید می کند این است که به ما کمک می کند شرایطی را که منجر به تولید سم می شود، یعنی اینکه چه شرایطی باعث موفقیت این موجودات می شود را درک کنیم.” چنین اطلاعاتی می تواند خط مشی و مدیریت را هدایت کند، اما در این مورد ما هنوز با آن فاصله داریم.»
استفاده از توالی یابی DNA برای شناسایی تولیدکنندگان سم
برای تعیین اینکه کدام ارگانیسم مسئول ساکسی توکسین است، تیم UM نمونه های مستقیم از HAB های موجود در دریاچه را جمع آوری کرد. نویسنده اصلی، پل دن اویل، توالی یابی «تفنگ ساچمه ای» را به کار برد، تکنیکی که تمام DNA یافت شده در نمونه آب را می خواند. او یک ژنوم کامل را با این توالی ها بازسازی کرد و سپس به دنبال ژن های دخیل در ساخت ساکسی توکسین در این ژنوم بود.
تجزیه و تحلیل آنها چندین گونه از Dolichospermum را در دریاچه ایری نشان داد. با این حال، تنها سویه های خاصی توانایی تولید ساکسی توکسین را داشتند. اگرچه دلیل این تفاوت هنوز مشخص نیست، اما محققان شروع به بررسی شرایط محیطی کرده اند که ممکن است بر تولید سم تأثیر بگذارد.
نشانه های محیطی در دما و سطوح مواد مغذی
این تیم در طول سال نمونههایی را از چندین مکان در دریاچه ایری جمعآوری کردند و میزان ژن مربوط به ساکسی توکسین را در هر نمونه اندازهگیری کردند. آنها به طور کلی سطوح بالاتری از این ژن را در آب های گرمتر شناسایی کردند.
دن اویل، دانشمند موسسه تعاونی تحقیقات دریاچه های بزرگ (CIGLR) گفت: «این جالب است زیرا می دانیم دریاچه ها با تغییرات آب و هوایی در حال تغییر هستند. یکی از پرسشهای بزرگ در حین گرم شدن دریاچهها این است: چگونه این امر جوامع بیولوژیکی، از جمله شکوفههای مضر سیانوباکتری را تغییر میدهد؟
آنها همچنین مشاهده کردند که ژن مربوط به ساکسی توکسین در مناطقی با سطح آمونیوم بالا کمتر رایج است. این تیم مشکوک است که این الگو ممکن است به یک ویژگی متمایز Dolichospermum مرتبط باشد: وجود ژنی که نشان می دهد می تواند از نیتروژن به شکل دینیتروژن، یک گاز فراوان جوی استفاده کند. به گفته دیک، تنها تعداد محدودی از موجودات می توانند از نیتروژن در این شکل استفاده کنند که به Dolichospermum در شرایط خاص مزیت رقابتی می دهد.
دیک، که همچنین مدیر CIGLR است، میگوید: «یکی از چیزهای خوب در مورد داشتن کل ژنوم این است که شما میتوانید هر کاری را که ارگانیسم میتواند انجام دهد، حداقل در تئوری، ببینید. “شما کل نقشهای را برای آنچه ارگانیسم میتواند انجام دهد دارید، و ما توانایی بدست آوردن نیتروژن ثابت از آب را میبینیم. فقط دریافت آن به شکل گاز دیتروژن نوعی ابرقدرت است. ارگانیسمهای زیادی نمیتوانند این کار را انجام دهند، و این باعث میشود در آن شرایط رقابتیتر شوند.”
نظارت بر خطرات بلند مدت در یک دریاچه در حال تغییر
به گفته محققان، آنها به مدت ۹ سال ساکسی توکسین را در دریاچه زیر نظر داشتند، اما این فاصله زمانی برای تعیین اینکه آیا سطح سم با ادامه گرم شدن آب و هوا افزایش می یابد بسیار کوتاه است.
دیک گفت: «اما اکنون که میدانیم چه کسی آن را تولید میکند، فکر میکنم میتوانیم بهتر این موجودات را ردیابی کنیم و همچنین به طور مستقیم فراوانی ژن را در طول زمان ارزیابی کنیم.» “ما قصد داریم به نظارت بر فراوانی این ارگانیسم ادامه دهیم، اما هنوز خیلی زود است که بگوییم که آیا فراوانتر می شود یا خیر. این فقط یک همبستگی است، اما این همبستگی با دما نگران کننده است.”
کار او در مجله منتشر شد علوم و فناوری محیط زیست.