Снижение фосфора может повысить токсичность цветения цианобактерий в озере Эри

Согласно новому моделированию, снижение уровня питательного вещества фосфора для борьбы с вредоносным цветением водорослей в таких водоёмах, как озеро Эри, фактически выгодно токсичным штаммам цианобактерий, что может привести к увеличению концентрации токсинов в воде.

Исследователи из Технического университета Берлина (TU Berlin) представили свои выводы в статье, опубликованной 26 мая в междисциплинарном журнале Science. Среди соавторов — два учёных из Мичиганского университета.

Ключевой вывод: Биологически информированные модели предсказывают, что сокращение фосфора уменьшит общую биомассу цианобактерий, но увеличит долю токсинопродуцирующих штаммов, что в итоге может привести к росту общего количества токсина.

Механизм явления:

  1. Цианобактерии (сине-зелёные водоросли), такие как Microcystis, производят гепатотоксин микроцистин (MC).
  2. Микроцистин защищает бактерии от повреждения активными формами кислорода, например, перекисью водорода (H2O2), которая является побочным продуктом фотосинтеза.
  3. При снижении уровня фосфора общее количество цианобактерий уменьшается.
  4. Оставшимся клеткам становится доступнее другой лимитирующий nutrient — азот, который является важным элементом молекулы MC.
  5. Штаммы, способные производить микроцистин, получают преимущество и увеличивают его выработку, так как токсин защищает их от H2O2.
  6. Дополнительный фактор: при меньшей биомассе больше света проникает в толщу воды, что активирует гены, ответственные за производство токсина.

Контекст и последствия:

  • Инцидент 2014 года в Толедо (Огайо), когда водоснабжение для полумиллиона человек было отключено на три дня из-за высокого уровня микроцистина в озере Эри, подчеркивает серьёзность проблемы.
  • США и Канада взяли на себя обязательство сократить поступление фосфора в озеро Эри на 40%, следуя традиционной парадигме управления.
  • Новое исследование, основанное на агентном моделировании и объединяющее данные 103 исследований, указывает на необходимость комплексного подхода.

Заключение учёных:

  • «Это исследование подтверждает, что сокращение фосфора успешно уменьшит общую численность цианобактерий... Однако оно также предполагает, что это вызовет увеличение доли цианобактерий, способных производить токсин, что приведёт к большему общему количеству токсина», — Грегори Дик, соавтор из Мичиганского университета.
  • «Управление вредоносным цветением цианобактерий требует снижения загрязнения как фосфором, так и азотом», — Дерек Смит, соавтор из Мичиганского университета.
  • Авторы призывают к пересмотру стратегий управления водными ресурсами и включению мер по контролю за азотной нагрузкой.