Как микроскопический прибрежный организм может стать опаснее в меняющемся климате
В 2014–2015 годах вдоль западного побережья США перемещался «капля» (blob) рекордно тёплой воды. Аномалия нанесла ущерб основанию пищевой цепи, вызвав крах промысла лосося и гибель тысяч морских львов и птиц от голода.
Однако в этих условиях процвела микроскопическая диатомовая водоросль Pseudo-nitzschia, производящая нейротоксин — домоевую кислоту. Это привело к многомиллионным убыткам для промыслов краба и моллюсков, которые пришлось закрыть из-за риска отравления морепродуктами.
Домоевая кислота вызывает у людей амнезийное отравление моллюсками с симптомами: рвота, диарея, головная боль, потеря кратковременной памяти, мышечная слабость, судороги и аритмия.
Это событие озадачило учёных, поскольку считалось, что токсичное цветение Pseudo-nitzschia связано с холодным, богатым питательными веществами апвеллингом (подъёмом глубинных вод). В 2015 году апвеллинга почти не было из-за аномально тёплой воды. Как же тогда возникло токсичное цветение?
Доктор Кайла Келли (тогда аспирантка Университета Южной Калифорнии, USC) решила исследовать эту загадку. Она понимала, что ответ не будет простым, и что необходимо изучать комбинации факторов, а не только температуру, поскольку климат меняет множество параметров.
Вредоносное цветение водорослей (HABs) — не новое явление, но в последние годы их масштабы, продолжительность и токсичность растут. Из 58 известных видов Pseudo-nitzschia только около половины производят токсины, и учёные до конца не понимают, когда и почему.
Исследование Келли, опубликованное в 2023 году в журнале Harmful Algae, моделировало в лаборатории условия как морской жары, так и холодного апвеллинга.
Экстремальная жара (22°C) подавляла способность диатомей к цветению. Однако при температуре «обычной» жары (19°C) цветение происходило, но с минимальной выработкой домоевой кислоты.
Ключевое открытие: когда в условиях тепловой волны добавлялся азот, воспроизводилось массивное токсичное цветение, подобное событию 2015 года.
Во время морской жары апвеллинга питательных веществ практически нет. Учёные полагают, что в 2015 году небольшое количество азота поступило от ограниченного апвеллинга по краям «капли», что и стало спусковым крючком.
Это открытие вызывает опасения по поводу антропогенных источников азота (сельскохозяйственные, ливневые и сточные воды), которые могут попадать в океан круглый год.
«Вот почему важно устанавливать нормы сброса азота в воду», — говорит Келли. Её работа подчёркивает важность мер по минимизации стока азота с суши.
Понимание факторов, запускающих токсичное цветение, может улучшить прогнозирование, позволив заранее предупреждать рыболовецкие хозяйства и спасать миллионы долларов. Оно также поможет готовиться к воздействию на морских млекопитающих (массовые выбросы на берег, агрессивное поведение).
Эксперт по вредоносному цветению водорослей доктор Вера Трейнер отмечает, что работа Келли «проливает свет на экологические факторы токсичности для одного из самых вредоносных видов фитопланктона на западном побережье США... её исследование улучшит прогнозируемость цветений Pseudo-nitzschia».
Параллельно с этим, программа USC Sea Grant финансирует другие проекты по изучению HABs:
- Работа докторов Брэдли Мура и Эндрю Аллена (Калифорнийский университет в Сан-Диего) с Дэвидом Хатчинсом (USC) впервые идентифицировала кластеры генов, ответственных за производство домоевой кислоты (публикация в Science).
- Работа докторов Дэвида Карона, Эвери Тэттерса и Эрика Вебба (USC) документирует множественные токсины у цианобактерий в пресных и солоноватых водах Калифорнии.
- Работа докторов Холли Бауэрс и Джейсона Смита (Университет Сан-Хосе) пионерски использует портативные технологии для почти мгновенного обнаружения вредоносных видов водорослей прямо на месте.
Океанографы и климатологи прогнозируют учащение и усиление как холодного апвеллинга, так и морских тепловых волн у побережья Калифорнии. Исследование Келли показало, что токсичное цветение Pseudo-nitzschia может произойти в любом из этих сценариев при наличии нужных условий (например, азота).
Остаются вопросы, поскольку разные виды Pseudo-nitzschia могут реагировать на факторы по-разному. USC Sea Grant продолжит поддерживать исследования HABs в контексте изменения климата, чтобы улучшить управление рыболовством и защитить важные экосистемы.