دانشمندان علل شکوفایی جلبک‌ها در دریاچه‌های زلال را کشف کرده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار، سیانوباکتری Gloeotrichia echinulata می‌تواند حتی در دریاچه‌های زلال نیز خوشه‌های قابل توجهی تشکیل دهد و نگرانی‌هایی را در بین گردشگران و متخصصان کیفیت آب ایجاد کند. با این حال، تجزیه و تحلیل شش ژنوم از آب‌های ایالات متحده، ژن‌های لازم برای تولید سیانوتوکسین‌های کلاسیک شناخته شده، از جمله میکروسیستین، را آشکار نکرد. با این حال، محققان ژن‌هایی را برای ماده‌ای که می‌تواند طعم و بوی آب را مختل کند، پیدا کردند. ایزوستیا در مورد یافته‌های دانشمندان و اینکه چرا نتایج اجازه نمی‌دهد هیچ دریاچه در حال شکوفایی ایمن در نظر گرفته شود، گزارش می‌دهد.

چرا گلوئوتریشیا نگران‌کننده بود؟

سیانوباکتری‌ها میکروارگانیسم‌هایی هستند که قادر به فتوسنتز هستند. تکثیر انبوه آنها در آب‌ها معمولاً به عنوان شکوفایی جلبکی شناخته می‌شود. سیانوباکتری‌ها قبلاً اغلب به عنوان جلبک‌های سبز-آبی شناخته می‌شدند، اگرچه از نظر بیولوژیکی، آنها باکتری هستند.

Gloeotrichia echinulata به ویژه در دریاچه‌های زلال قابل توجه است. خوشه‌های آن به صورت تشکیلات گرد مایل به سبز یا سفید ظاهر می‌شوند که می‌توانند توده‌های متراکمی را تشکیل دهند. برای آبی که به نظر تمیز می‌رسد، این منظره نگران‌کننده است. در شمال شرقی ایالات متحده، این سیانوباکتری در دریاچه‌هایی که برای تفریح ​​استفاده می‌شوند نیز یافت می‌شود و اوج جمعیت آن ممکن است با فصل شنا همزمان باشد.

یکی دیگر از دلایل نگرانی، نتایج تحقیقات قبلی بود که نشان می‌داد گلئوتریشیا می‌تواند میکروسیستین، یکی از شناخته‌شده‌ترین سیانوتوکسین‌هایی که به کبد آسیب می‌رساند، تولید کند. نویسندگان مطالعه جدید تصمیم گرفتند آزمایش کنند که آیا جمعیت‌های مورد مطالعه دارای دستگاه ژنتیکی لازم برای سنتز آن هستند یا خیر.

چگونه توانایی تولید سموم آزمایش شد؟

محققان آزمایشگاه علوم اقیانوسی بیگلو و دانشگاه ایالتی اورگان نمونه‌های Gloeotrichia echinulata را از دریاچه‌های غرب و شمال شرقی ایالات متحده مورد مطالعه قرار دادند. آنها شش ژنوم را جمع‌آوری کردند: چهار ژنوم کامل، یک ژنوم تقریباً کامل و یک ژنوم ناقص. این نمونه‌ها از آب‌های کالیفرنیا، اورگان، نیوهمپشایر و مین جمع‌آوری شده بودند.

ژنوم به ما این امکان را می‌دهد که مشخص کنیم آیا یک موجود زنده ژن‌های لازم برای تولید یک ماده خاص را دارد یا خیر. این با اندازه‌گیری غلظت یک ماده در آب دریاچه متفاوت است: تجزیه و تحلیل DNA توانایی سنتز آن را نشان می‌دهد، اما به خودی خود ترکیب آب را در یک روز خاص تعیین نمی‌کند.

این کار با نمونه‌ای از دریاچه وینیپساوکی در نیوهمپشایر آغاز شد. یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، رابین اسلیت، هیچ ژن سنتزکننده میکروسیستین در آن پیدا نکرد. سپس او با تئو درهر، محقق دانشگاه ایالتی اورگان، که سیانوباکتری‌ها را در ساحل غربی ایالات متحده مطالعه کرده بود، همکاری کرد. برای به دست آوردن داده‌های دقیق در مورد نمونه‌های شمال شرقی، این تیم از فناوری توالی‌یابی DNA دوربرد آکسفورد نانوپور استفاده کرد.

یک مقایسه نشان داد که هر شش ژنوم مورد مطالعه فاقد ژن‌های سنتزکننده سیانوتوکسین‌های کلاسیک، از جمله میکروسیستین، هستند. علاوه بر این، ژنوم‌های مناطق دوردست بسیار مشابه بودند: میانگین شباهت آنها در سطح کل ژنوم ۹۸ تا ۹۹ درصد بود. نویسندگان آنها را یک گروه نزدیک به هم در یک گونه واحد می‌دانند.

اسلیت توضیح داد: «ممکن است سموم یا موادی تولید کند که ما هنوز آنها را نمی‌شناسیم. اما برای سموم شناخته‌شده‌ای که جدی‌ترین خطرات حاد را برای سلامت انسان ایجاد می‌کنند، هیچ مسیر مشخصی برای سنتز آنها ندیده‌ایم.»

چرا سیانوباکتری‌ها هنوز هم می‌توانند بر کیفیت آب تأثیر بگذارند؟

عدم وجود ژن‌های تولیدکننده سم مورد مطالعه به این معنی نیست که تکثیر انبوه Gloeotrichia بدون هیچ اثری در مخزن در حال انجام است. دانشمندان در هر شش ژنوم، ژن‌های مرتبط با تولید ژئوسمین، ماده‌ای که به آب بو و طعم خاکی خاص خود را می‌دهد، را یافتند.

نتیجه ژنتیکی نشان‌دهنده توانایی سیانوباکتری‌ها در تولید ژئوسمین است، اما مقدار دقیق این ماده موجود در هر یک از دریاچه‌های مورد مطالعه را نشان نمی‌دهد. با این وجود، وجود احتمالی آن برای سازمان‌های تصفیه آب آشامیدنی مهم است: بو و طعم ممکن است نیاز به تصفیه اضافی داشته باشند.

دانشمندان همچنین ویژگی‌های ژنومی را کشف کردند که به توضیح زندگی گلوئوتریشیا در دریاچه‌های زلال با سطوح پایین مواد مغذی کمک می‌کند. طبق داده‌های آنها، این سیانوباکتری قادر است به طور فعال روی سطح رسوبات کف رشد کند و سپس به ستون آب حرکت کند.

ژن‌های شناسایی‌شده به‌ویژه با جذب نور در عمق، حرکت در امتداد سطح رسوب و تشکیل حباب‌های گاز که به شناوری کمک می‌کنند، مرتبط هستند. این می‌تواند توضیح دهد که چگونه این گونه در دریاچه باقی می‌ماند و سپس در سطح قابل مشاهده می‌شود.

آیا می‌توان گل‌دهی را بی‌خطر دانست؟

این مطالعه بر روی شش ژنوم مورد مطالعه از یک گونه واحد متمرکز بود، نه همه سیانوباکتری‌های موجود در دریاچه‌ها. نویسندگان اذعان می‌کنند که ممکن است جمعیت‌های مطالعه نشده‌ای از Gloeotrichia وجود داشته باشند که قادر به تولید سم باشند. همچنین این احتمال وجود دارد که موادی با سمیت ناشناخته تولید شوند.

دلیل دیگری هم برای عدم ارزیابی ایمنی یک مخزن بر اساس یک گونه واحد وجود دارد: سایر سیانوباکتری‌ها، از جمله آنهایی که قادر به تولید ترکیبات خطرناک هستند، می‌توانند در کنار گلوئوتریشیا رشد کنند. بنابراین، نتایج تجزیه و تحلیل ژنتیکی جایگزین نظارت بر شکوفایی و آزمایش آب دریاچه‌های مورد استفاده برای شنا یا نوشیدن نمی‌شود.

این کار به شناسایی دقیق‌تر منبع تهدید بالقوه کمک می‌کند. جمعیت‌های آمریکایی مورد مطالعه‌ی Gloeotrichia echinulata نشانه‌های ژنتیکی برای تولید سیانوتوکسین‌های کلاسیک شناخته‌شده را نشان ندادند، اما علت بالقوه‌ی بوی نامطبوع آب را شناسایی کردند. برای درک خطر در یک دریاچه‌ی خاص، لازم است کل ترکیب شکوفایی و نتایج پایش خود دریاچه در نظر گرفته شود.