دریاچه ایری است یکی از دریاچه های متعدد در غرب میانه که در ماه های تابستان با شکوفه های مضر جلبکی (HABs) مواجه می شود. اگر در نزدیکی یک حوضچه زندگی می کنید، ممکن است “فض های سبز” را دیده باشید که روی سطح شناور هستند یا در مورد سموم قدرتمندی که در آب آزاد می شوند شنیده باشید و هم اکوسیستم ها و هم سلامت عمومی را به خطر می اندازند. به طور کلی، HAB ها خدمات ارزشمندی را که اکوسیستم های آب شیرین ارائه می دهند، مانند دسترسی به آب آشامیدنی و آبیاری، تهدید می کنند و همچنین می توانند ماهی ها و سایر حیوانات را بکشند.
بسیاری از شکوفه‌های جدی توسط گروهی از پروکاریوت‌ها به نام سیانوباکتری‌ها که قبلاً به عنوان جلبک‌های سبز آبی شناخته می‌شدند، ایجاد می‌شوند، اگرچه آنها اصلاً جلبک نیستند. این ماشین های کوچک دی اکسید کربن میلیاردها سال قبل از ظهور گیاهان روی زمین شروع به فتوسنتز برای تولید اکسیژن کردند و راه را برای توسعه موجودات مصرف کننده اکسیژن هموار کردند. سیانوباکترها را می‌توان در محیط‌هایی در سراسر جهان یافت، از اقیانوس‌های باز، جایی که چند گروه کلیدی به‌عنوان تولیدکنندگان اولیه عمل می‌کنند که تقریباً نیمی از اکسیژن جهان را به چشمه‌های آب گرمی که در آنجا تشکیل می‌شوند، تأمین می‌کنند. فرش هایی با رنگ های دیدنی و به عنوان چرخه های مهم مواد مغذی عمل می کنند.
اگرچه همه سیانوباکتری ها مضر نیستند، اما آنهایی که HAB های سیانوباکتری یا cHAB را تشکیل می دهند، زمانی که به تراکم بالا برسند می توانند مشکلات جدی ایجاد کنند. با این حال، این سیانوباکتری ها به تنهایی عمل نمی کنند: آن ها طرفداران خاصی دارند که به زنده ماندن و رشد آنها کمک می کند. شاید قبلاً با مفهوم میکروبیوم روده انسان آشنا باشید، جامعه پیچیده ای از حدود یک تریلیون میکروب که با هم کار می کنند تا به ما در هضم غذا و مبارزه با عفونت های روده کمک کنند. در میان بسیاری از کارکردهای آنها. به طور مشابه، بسیاری از سیانوباکترهای موجود در طبیعت نیز توسط جوامع دیگر باکتری های غیر فتوسنتزی حمایت می شوند.
سیانوباکتری که به خوبی مطالعه شده است میکروسیستیس آئروژینوزاکه باعث ایجاد cHAB در محیط های آب شیرین در سراسر جهان می شود، از جمله بسیاری از دریاچه های غرب میانه. علاوه بر تولید سموم قوی به نام میکروسیستین، M. aeruginosa نیز ترشح می کند مواد پلیمری خارج سلولی (EPS). این مولکول های کربوهیدرات چسبنده خود را به افراد متصل می کنند M. aeruginosa سلول ها به کلنی های بزرگتر و خانه جامعه باکتریایی، که سیانوباکتری ها را با مواد مغذی ضروری تامین می کند. در حقیقت، M. aeruginosa EPS بیشتری تولید می کند در حضور سایر باکتری‌ها به غیر از زمانی که به تنهایی رشد می‌کند، نشان می‌دهد که تلاش می‌کند تا با فراهم کردن خانه، خدمات جامعه را به خدمت بگیرد.
با اينكه M. aeruginosa می تواند بدون آن رشد کند، جامعه باکتریایی رشد سیانوباکتری را تحریک می کند و به توزیع جهانی و تسلط آن در میان سیانوباکتری های عامل تکثیر کمک می کند. اکنون محققان شروع به رسیدگی به این چالش کرده اند کارهای داخلی این جوامع را کشف کنیدکه می تواند به ما در درک چگونگی و چرایی شکل گیری و ماندگاری گل ها کمک کند.
در آیه حب
همانطور که دریاچه ایری با آن غریبه نیست M. aeruginosa شکوفا می شود، مکان مثمر ثمری برای انجام این تحقیق است. برای مثال، با تعیین توالی DNA باکتری های غیر فتوسنتزی از شکوفه های دریاچه ایری، محققان می توانند عملکرد آنها را برای درک بهتر اثرات آنها پیش بینی کنند. تعاملات با M. aeruginosa. با این حال، این توابع حدس و گمان باقی می مانند، زیرا توالی DNA به تنهایی نمی تواند تأیید کند که این عملکردها واقعاً انجام می شوند. در واقع، برهمکنش های نسبتا کمی بین سیانوباکتری ها و باکتری های غیر فتوسنتزی به طور مستقیم در آزمایشگاه، به ویژه در میان جوامع آب شیرین مشاهده شده است.
نمونه ای از چنین تعاملی بین سیانوباکتری ها و باکتری های غیر فتوسنتزی چرخه کربن است که برای حفظ جامعه باکتریایی ضروری است. در حالی که سیانوباکتری ها تنها با استفاده از نور خورشید، آب و دی اکسید کربن می توانند از طریق فتوسنتز انرژی تولید کنند، باکتری های غیر فتوسنتزی نمی توانند غذای خود را بسازند. غذای آنها از سیانوباکتری ها می آید که مولکول های کوچکی را در محیط اطراف آزاد می کنند. برخی از گونه های تخصصی تر نیز می توانند EPS سیانوباکتری را مصرف کنیدزیرا آنها می توانند کربوهیدرات های پیچیده موجود در آن را تجزیه کنند.
با این حال، تبادل کربن ممکن است یک طرفه نباشد، زیرا باکتری های غیر فتوسنتزی نیز ممکن است قادر به تولید باشند. دی اکسید کربن اضافی برای M. aeruginosa برای استفاده. این رابطه متقابل می تواند به ویژه زمانی که گلدهی در نوسان کامل است مهم باشد. در همین حال، تغییرات در شیمی آب باعث می شود دی اکسید کربن کمتر در دسترس سیانوباکتری های فتوسنتزی قرار گیرد و مانع رشد آنها شود. با این حال، این منبع اضافی دی اکسید کربن می تواند به حفظ سیانوباکتری ها حتی زمانی که شکوفه ها بسیار متراکم هستند کمک کند.
گلدهی را حفظ کنید
همانند کربن، چرخه کارآمد نیتروژن نیز بسیار مهم است. نیتروژن بلوک اصلی سازنده DNA و سایر مولکول های سلولی است. در مقادیر کم، می تواند رشد سیانوباکتری ها را در طول گلدهی محدود کند. در واقع، به نظر می رسد باکتری های غیر فتوسنتزی هستند تامین کنندگان منحصر به فرد از این ماده مغذی ضروری M. aeruginosaکه بر خلاف برخی دیگر از گونه های سیانوباکتری ها، نمی توانند نیتروژن هوا را جذب کنند. این سرویس بازیافت نیتروژن آنقدر موثر به نظر می رسد که می تواند حفظ شکوفه های تشکیل دهنده سیانوباکترها زمانی که نیتروژن کمی در اطراف وجود دارد.
باکتری های غیر فتوسنتزی علاوه بر کمک زیادی به بازیافت مواد مغذی در اکوسیستم cHAB می توانند ترکیباتی را تولید یا غیرفعال کنند که رشد شرکای سیانوباکتری خود را تنظیم می کند. به عنوان مثال، چندین گونه از باکتری های مرتبط با M. aeruginosa شکوفه های آب در دریاچه ایری قادر به تولید اکسین ها هستند، هورمون هایی که باعث رشد سیانوباکتری ها و گیاهان می شوند. در این مدت، باکتری های دیگر می توانند ویتامین B12 بسازیدیکی دیگر از مواد مغذی ضروری که M. aeruginosa نمی تواند اتفاق بیفتد
از طرف دیگر، برخی از باکتری ها می توانند آلاینده های آب شیرین مانند بنزوات، ترکیبی مضر برای رشد سیانوباکتری ها را تجزیه کنند. با این حال، به نظر می رسد که نه یک باکتری دارای مسیر شیمیایی کاملی است که برای تجزیه بنزوات لازم است. در عوض، به نظر می‌رسد بخش‌های مختلف این مسیر در میان گونه‌های متعدد باکتری‌های غیرفتوسنتزی توزیع شده است، به این معنی که آنها می‌توانند برای ایجاد تجزیه بنزوات همکاری کنند.
کنترل HAB آگاه از جامعه
رابطه بین سیانوباکتری ها و جوامع باکتریایی پیامدهای جالبی برای مدیریت cHAB ها دارد. یک ایده این است که باکتری ها را معرفی کنیم که یا سموم سیانوباکتری را تجزیه می کند یا به طور مستقیم سیانوباکتری ها را از بین می برد در دریاچه های آسیب دیده با این حال، این رویکردها هنوز در این زمینه آزمایش نشده اند و اثربخشی آنها ممکن است توسط جامعه باکتریایی محدود شود. برای مثال، این باکتری‌های بومی می‌توانند با میکروب‌های معرفی‌شده برای فضا و مواد مغذی رقابت کنند، سیانوباکتری‌ها را از آسیب محافظت کنند، یا انعطاف‌پذیری کلی جامعه را به روش‌های دیگر افزایش دهند.
متأسفانه برای اکوسیستم های آبی، cHAB در هر دو افزایش می یابد فرکانس و بزرگی در همه محتوا به جز قطب جنوب. یکی از عوامل محرک این روند جهانی، رواناب مواد مغذی و آلاینده های ناشی از انسان به اکوسیستم های آبی است. این منجر به اوتروفیکاسیون می‌شود، فرآیندی که در آن رشد سیانوباکتری‌ها توسط مواد مغذی فراوانی مانند نیتروژن و فسفر تحریک می‌شود، که اغلب به قیمت سایر گونه‌های آبزی تمام می‌شود. تغییر آب و هوا نیز ممکن است نقش داشته باشد، زیرا گرم شدن می تواند از اختلاط بین لایه های مختلف آب دریاچه جلوگیری کند و سطحی پایدار برای رشد سیانوباکتری ها ایجاد کند.
یافتن راه حل های مدیریتی موثر برای cHAB ها بیش از همیشه مهم است. با این حال، استراتژی هایی که جامعه باکتریایی مطلوب را هدف قرار می دهند محدود به درک ناقص ما از نحوه عملکرد این رابطه همزیستی است. علاوه بر این، به دلیل نقش مهم آنها در چرخه مواد مغذی، دانشمندان باید اثرات مضر بالقوه از بین بردن این جوامع باکتریایی را بر کل اکوسیستم آب شیرین در نظر بگیرند. با این حال، با ترکیب آزمایش‌های آزمایشگاهی و مزرعه‌ای، محققان قادر خواهند بود تا تعاملات بین سیانوباکتری‌های تشکیل‌دهنده شکوفه و جوامع باکتریایی آنها را بهتر مشخص کنند و روش‌هایی را برای مدیریت cHABها آگاه کنند. در حالی که این یک تلاش بی‌نظیر است، اطلاعات مهمی در مورد نحوه عملکرد cHAB و اینکه چگونه می‌توانیم آسیب‌های ناشی از آنها را کاهش دهیم، ارائه می‌کند.
اداره پست اگر شما را نداشتم HAB: چگونه باکتری ها در شکوفه های مضر جلبک با هم کار می کنند اول ظاهر شد شورای علمی ایلینوی.
