Western Lake Eries årliga sommaralgblomning utlöses, åtminstone delvis, av cyanobakterieceller som överlever vintern i sjöbottnar sediment, kommer sedan fram på våren för att "så" nästa års blomning, enligt en forskargrupp ledd av forskare vid University of Michigan.

Fynden främjar forskarnas förståelse av den grundläggande biologin som driver de årliga sommarblomningarna, som är både en ful olägenhet och en potentiell folkhälsofara. Dessutom, arbetet identifierar en mekanism för att förklara den snabba ökningen av Lake Eries blomstorlek och rumslig utsträckning under försommaren.

"Studien tyder på att den initiala uppbyggnaden av blomningar kan ske i mycket högre takt och över en större rumslig utsträckning än vad som annars skulle vara möjligt, på grund av den breda närvaron av livskraftiga celler i sediment i hela sjön, " sade studiens huvudförfattare Christine Kitchens, en forskningstekniker vid Cooperative Institute for Great Lakes Research (CIGLR) vid U-M.

"Dessa övervintringsceller kan snabbt fångas in i vattenpelaren - särskilt efter en stormhändelse - och börja växa aktivt."

Studien är planerad att publiceras den 21 november i tidskriften PLOS ETT . Kitchens genomförde arbetet för hennes masteruppsats på Skolan för miljö och hållbarhet. De andra författarna är Thomas Johengen, biträdande direktör för CIGLR, och Timothy Davis, en docent vid Bowling Green State University.

Western Lake Erie har länge plågats av skadliga algblomningar, eller HAB, drivs till stor del av näringsämnen i avrinning från jordbruket. Blomningarna består till stor del av Microcystis, ett släkte av kolonibildande cyanobakterier som ibland producerar levertoxiner som kallas mikrocystiner.

Lake Erie är en dricksvattenkälla för 11 miljoner människor. Under 2014, en cyanobakterieblomning infiltrerade Toledos vattenintag, vilket resulterar i en tvådagars "drick inte"-rådgivning för mer än 400, 000 personer.

Årets blomning var relativt liten och föll under forskarnas förutsägelser. Johengen sa att forskare borde överväga att införliva den nya informationen om övervintring av Microcystis-celler i datormodellerna som används för att göra de årliga blomprognoserna.

Tidigare studier av andra tempererade sjöar runt om i världen tyder på att övervintrande populationer av Microcystis-celler har hög överlevnadsförmåga och kan frö säsongsbetonade blomningar. Dock, det exakta bidraget från celler i sediment har varit mindre tydligt.

För Lake Erie, En studie från 2009 drog slutsatsen att floderna Maumee och Sandusky var en potentiell källa till Microcystis-cellerna – kända för forskare som "inocula" eftersom de inokulerar sjön – som initierar sommarens cyanobakterieblomningar. Men annat arbete tyder på att flodpopulationer inte fröer Erie-blomningen.

Den nya U-M-ledda studien tros vara den första som bedömer både överflöd och livsduglighet hos övervintrade Microcystis-celler från sediment i de stora sjöarna.

Forskarna samlade sedimentkärnprover på 16 platser som täcker 145 kvadratkilometer i den del av västra Lake Erie där skadliga cyanobakterieblomningar är mest utbredda och ihållande. Provtagningen gjordes under en tvåårsperiod på vattendjup från 10 till 30 fot.

Tillbaka i labbet, genetiska tester avslöjade både det totala överflödet av Microcystis-celler och andelen av de celler som var potentiellt toxiska. Sedan genomfördes experiment för att bedöma livsdugligheten hos övervintrade Microcystis-celler och för att odla några av cellerna i labbet.

Medan Microcystis-cellkoncentrationerna minskade avsevärt under vintern, cellerna som överlevde förblev livskraftiga – vilket betyder att de kunde växa – följande vår. Dessutom, tillväxtexperimenten visade att potentiellt toxiska Microcystis-stammar framgångsrikt odlades i en något högre hastighet än icke-toxiska stammar.

Det resultatet kan hjälpa till att förklara en tidigare observation från National Oceanic and Atmospheric Administrations Lake Erie-övervakningsprogram:att andelen potentiellt giftiga Microcystis-celler är högst under de tidiga stadierna av en blomning och minskar under sommaren.

Johengen sa att det ännu inte är känt om övervintrande Microcystis-celler plockar upp viktiga näringsämnen från sedimenten och använder dessa näringsämnen för att underblåsa sin tillväxtspurt under den tidiga säsongen. Om det händer, det kan komplicera ansträngningarna att stävja Lake Erie-blomningar genom att minska avrinning av gödselmedel från odlingsmarker, han sa.