I dagens värld, där föroreningar och föroreningar ofta har en negativ inverkan på våra naturresurser, det är viktigt att upprätthålla regelbunden och reglerad testning av kemikalier, gifter, eller andra former av kontaminering. Dock, för att göra detta ordentligt, vi behöver rätt verktyg och metoder så att vi kan känna igen när förhållandena inte är idealiska.

Testa akvatiska ekosystem

Sötvattensekosystem är särskilt viktiga att övervaka, eftersom de utgör den huvudsakliga dricksvattenresursen för människor och andra organismer, samt att vara hem för en stor mångfald av vattenlevande arter. Det är också viktigt att regelbundet utvärdera vattenkvaliteten för att säkerställa att vattenförekomster håller sig inom förväntade miljöhälsonormer.

Det finns många metoder för att testa vattenkvaliteten. Till exempel, undersöker hälsan hos mikroalger – encelliga, fotosyntetiserande organismer, kan berätta mycket om förekomsten av föroreningar. Mikroalger är basen i den akvatiska näringskedjan, så förändringar i förekomsten av denna art eller deras reproduktionshastighet, kan få effekter högre upp i näringskedjan och eventuellt störa produktiviteten i hela ekosystemet. Mikroalgtoxicitetstester krävs för att analysera toxiciteten hos potentiellt farliga ämnen i vattenmiljön, dessa tester illustrerar dock ofta inte hur toxiner fysiskt påverkar mikroalgceller.

Många mikroalger lever i sötvattensekosystem, den gröna mikroalgen Raphidocelis subcapitata är dock en av de mest använda i så kallade bioanalyser (bedömning av koncentrationen eller styrkan hos ett ämne genom dess effekter på levande celler eller vävnader). Som de flesta mikroalger, R. subcapitata har en kort generationstid, vilket innebär att nya celler replikeras snabbt, och är lätt att odla i laboratoriet. För närvarande, de flesta toxicitetsbioanalyser av mikroalger använder tillväxt och cellviabilitet som indikatorer på toxicitet i sin miljö. Även om dessa parametrar indikerar hur mikroalgpopulationen mår och är ekologiskt relevanta, de ger ingen information om hur föroreningar stör specifika biologiska processer i algcellerna. För vetenskapsmän, regulatorer, och naturvårdare, en mer detaljerad mätning av individuella algercellers hälsa kan ge tidiga varningstecken på möjlig farlig kontaminering, vilket förbättrar övervakningsinsatserna avsevärt jämfört med de vanliga populationsbaserade parametrarna.

Eftersom miljöns hälsa är avgörande för utvecklingen av dessa mikroalger, det är viktigt att förstå hur olika typer av föreningar orsakar ett fysiologiskt svar i celler, och vilka biologiska processer som kan påverkas. I samarbete med universitetet i Osijek i Kroatien, forskare från Norska institutet för vattenforskning (NIVA) utvecklade en modell för att identifiera effekterna av föreningar i olika kommersiellt tillgängliga flaskvatten på olika cellulära processer av R. subcapitata. Resultaten publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Vetenskap om den totala miljön . R. subcapitata odlades i åtta kommersiellt tillgängliga flaskvatten (fyra från Norge, fyra från Kroatien) i upp till 72 timmar. I slutet, algceller togs och analyserades för förändringar i tillväxt, cellstorlek och komplexitet, pigmentdensitet, DNA innehåll, cellviabilitet, samt förmåga att utföra fotosyntes. Parametrarna jämfördes mellan de olika flaskvattnet, och till en kontroll, odlas i ett standardiserat tillväxtmedium som också används i algbioanalyser.

Testar vattnet

Innan du använder dem för att odla alger, kemisk analys av de olika flaskvattnet visade en tydlig skillnad mellan de norska och kroatiska vattnen när det gäller mineralsammansättning. Medan de norska vattnen hade en kemisk sammansättning som klassade dem som "mjuka" vatten, de kroatiska vattnen var "måttligt hårda" eller "hårda". Denna skillnad i mineralsammansättning hade effekter på den övergripande hälsan hos mikroalgcellerna som odlades i varje typ av vatten.

Som det visar sig, den kemiska sammansättningen i de norska vattnen gjorde att mikroalgerna antingen växte likadant eller bättre än kontrollgruppen. Cellstorlek och komplexitet, båda är indikativa på hur väl en cell utvecklas, var likartade mellan mikroalger odlade i norska vatten och kontrollen. Övergripande, R. subcapitata-kulturerna odlade i norskt vatten på flaska verkade vara i gott hälsotillstånd enligt de olika analysverktyg som användes.

Omvänt, mikroalgerna som odlades i flaskvatten från Kroatien växte inte lika bra som de norska och visade sig växa hälften så bra som kontrollen. Det fanns också en omvänd korrelation mellan tillväxthastighet och pigmenthalt i cellerna, dvs ju lägre tillväxttakt, desto mer pigmentering hade de. Även om detta kan tyckas vara en positiv effekt, högre nivåer av pigmentering har tidigare observerats i mikroalger som påverkats av metalltoxicitet i en förorenad miljö. Således, fynden här kan tyda på att mikroalgerna i de kroatiska vattnen svarade på de olika väsentliga elementen som finns i dessa vatten. Även om dessa kemikalier behövs för att mikroalger ska växa, de kan ha skadliga effekter om de finns i höga koncentrationer. Förutom den lägre tillväxttakten, cellstorlek och komplexitet minskade också i mikroalger odlade i kroatiska vatten, liksom cellviabiliteten.

"Övergripande, studien visar att vatten på flaska från Kroatien är ett sämre medium för att odla mikroalger, eller åtminstone arten R. subcapitata, jämfört med norskt vatten på flaska, säger Ana Catarina Almeida, forskare vid NIVA och första författare till artikeln.

Forskarna utförde också målscreening av de olika vattenproverna på flaska mot en bred lista med 1442 föreningar (främst läkemedel, bekämpningsmedel och olagliga droger). Den kvalitativa analysen av prover mot kemikalierna som finns i biblioteket av föreningar hittade inga positiva matchningar, bekräftar att både de kroatiska och norska vattnen är säkra för konsumtion.

"Vår studie belyser vikten av att använda rätt verktyg och ha en korrekt modell för att bedöma hälsan hos olika organismer, " avslutar Almeida.

Den ökade detaljnivån med vilken forskarna kunde observera algcellerna visar hur viktigt det är att undersöka dessa parametrar, samt de befolkningsbaserade som vanligtvis genomförs. På ytan, de två grupperna av vatten på flaska verkar vara av liknande kvalitet för odling av alger, men när man studerar de fysiska processer som sker inom de individuella cellerna, det blir tydligt att de är olika. Denna distinktion kan hjälpa till att bevara vattenmiljöer, eftersom algerna kan fungera som vaktposter, indikerar närvaron av föroreningar och föroreningar innan effekterna ackumuleras högre i näringskedjan.