Forskare vid Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory kan ha hittat en ny strategi för att begränsa tillväxten av en algert som kallas Aureococcus anophagefferens, vilket vid höga tätheter kan resultera i förödande brunt tidvatten. Utnyttja en genomisk metod som kallas metatranscriptomics, forskarna fastställde att fosforhantering kan vara viktig för att kontrollera brunt tidvatten.

Aureococcus anophagefferens dök upp utanför Long Island 1985, gör flodmynningar färgen av lera, tränger ut inhemskt sjögräs, och förgiftning av skaldjur. Algerna blomstrade, att kväva en en gång blomstrande skaldjursindustri och förringa regionens så viktiga turismhandel. Det fortsätter att plåga Long Islands Great South Bay och andra mittatlantiska vatten.

Forskare ville veta hur Aureococcus anophagefferens lyckades växa så bra längs kuster som är hårt påverkade av mänskliga aktiviteter. En studie från 2011 gav en kritisk utgångspunkt genom att sekvensera denna algs genom - som identifierade att den hade kapacitet som gjorde att den kunde frodas i antropogent modifierade ekosystem med hög halt av organiskt material. I en studie från 2014, uppföljande forskning avslöjade växtplanktons överlevnadshemlighet, som ligger i dess DNA; Aureococcus kan göra enzymer som bryter ner organiskt kväve och fosfor när oorganiska näringsämnen tar slut, så att den kan slå ut konkurrerande organismer och blomstra. Kvävet och fosforn Aureococcus behöver för att blomma kommer ofta från dagvattenavrinning och andra landbaserade källor.

Baserat på DNA och annan forskning, forskare lärde sig hur generna som kodas i genomet slås på och av som svar på tillförseln av näringsämnen som kväve och fosfor, utveckla ett metatranskriptomiskt tillvägagångssätt för att identifiera aktiviteterna hos Aureococcus i en blandad gemenskap av andra alger. Traditionellt, forskare spårar blomningarna genom att räkna cellerna i vattnet och mäta vattenkemin för att se om algerna är begränsade till kväve eller fosfor.

"Du övervakar vattenkemin och hur många celler som finns där, och det kan berätta om algsamhället får tillräckligt med kväve eller tillräckligt med fosfor, och som påverkar beslutsfattande inom förvaltning och begränsning, ", sa Lamonts mikrobiell oceanograf och seniorförfattare Sonya Dyhrman. Detta har vanligtvis inneburit att fokusera ansträngningar på att minska kvävetillförseln till flodmynningarna som är värd för brunt tidvatten.

Dock, i studien som publicerades denna vecka i Gränser i mikrobiologi , Dyhrman och hennes kollegor tog en annan sak, mer direkt tillvägagångssätt för att bedöma vad som matar dessa celler, föra sin förfrågan till cellerna i vattnen utanför Hamptons. Dyhrman jämför det traditionella sättet att mäta Aureococcus -aktiviteterna med att gå in i ett kylskåp och avgöra om en person är frisk utifrån vad som finns i det kylskåpet.

"Det är denna idé att vi drar slutsatser om algernas hälsa eller aktivitet baserat på vad som finns i vattnet snarare än att titta på själva cellerna. Ett mycket bättre sätt än att titta i kylskåpet skulle vara att testa dig för att se om du är friska eller inte. Det vi tänkte göra med den här studien är att fråga algerna själva om de får i sig tillräckligt med kväve eller tillräckligt med fosfor, "förklarade Dyhrman.

I själva verket, de frågade vilka gener som slås på och av, att veta – från tidigare fynd – att distinkta, specifika gener aktiveras av kväve och andra av fosfortillgång. Det de hittade var överraskande.

"Vattnets kemi (kylskåpsmetoden) sa till oss att de inte får i sig tillräckligt med kväve. Men när vi tittade på cellerna, de satte på alla sina gener som visade att de inte fick i sig tillräckligt med fosfor. Inte vad vi förväntade oss, sa Dyhrman.

Det var första gången forskare kunde använda genuttrycksmetoden för att specifikt fråga denna skadliga algert vilka resurser den använder i fältet - något som inte har kunnat spåras förrän nyligen.

"Cellerna sa till oss något annat än vattenkemin, ", sa Dyhrman. "Vilket betyder att vi måste tänka på inte bara kväve utan även fosfor när vi tänker på att kontrollera eller mildra dessa blomningar."

"Vi har visat med den här metoden att algcellerna snabbt reagerar på variabler i sin miljö som vi inte heller kan, eller har inte, ännu upptäckt, sa Louie Wurch, lead author and assistant professor at James Madison University. "We have a lot more to learn and this has really opened the door for a lot of exciting future research!"