In het late voorjaar van 2015 de westkust van Noord-Amerika kende een van de meest giftige algenbloei ooit. De bloei beïnvloedde dieren in het wild, inclusief ansjovis, zeevogels, en zeeleeuwen, en leidde tot de sluiting van de commerciële visserij van Californië tot Washington. Wetenschappers kwamen er al snel achter dat de bloei bestond uit diatomeeën van het geslacht Pseudo-nitzschia , maar ze konden niet zeggen waarom deze algen zo giftig waren geworden. Een nieuw papier binnen Geofysische onderzoeksbrieven laat zien dat, tenminste in Monterey Bay, de diatomeeën in deze bloei werden bijzonder giftig vanwege een ongewoon lage verhouding van silicaat tot nitraat in de wateren van de baai.

sommige soorten Pseudo-nitzschia diatomeeën produceren een krachtig neurotoxine genaamd domoïnezuur, die epileptische aanvallen en de dood bij zoogdieren kunnen veroorzaken. Eerdere bloei van deze diatomeeën in 1991 en 1998 heeft talloze zeevogels en zeeleeuwen in Monterey Bay ziek gemaakt en gedood. Onderzoekers proberen echter nog steeds uit te zoeken waarom sommige Pseudo-nitzschia-bloemen giftiger zijn dan andere.

de 2015 Pseudo-nitzschia bloei viel samen met een grootschalig biologie-experiment in Monterey Bay genaamd Ecology and Oceanography of Harmful Algal Blooms (ECOHAB). Tijdens dit experiment wordt wetenschappers van MBARI, de Universiteit van Californië in Santa Cruz, Moss Landing Marine Laboratoria, en de National Oceanic and Atmospheric Administration heeft oceanografische omstandigheden en concentraties van Pseudo-nitzschia en domoïnezuur in heel Monterey Bay.

Tijdens het ECOHAB-experiment, het onderzoeksteam stuurde onderwaterrobots rond in de baai. Sensoren aan boord van de robotvoertuigen onthulden extreem hoge concentraties gif Pseudo-nitzschia diatomeeën die onder het oppervlak op de loer liggen. De onderzoekers verankerden ook twee robotische moleculaire biologie-instrumenten (Environmental Sample Processors, of ESP's) nabij de noord- en zuidkant van de baai. De ESP's bevestigden dat de bloei voornamelijk bestond uit één bijzonder giftige soort, Pseudo-nitzschia australis, en dat deze diatomeeën ongebruikelijk hoge concentraties domoïnezuur bevatten. Het resultaat was een dodelijke combinatie:dichte populaties van bijzonder giftige diatomeeën.

John Ryan, een MBARI oceanograaf en hoofdauteur van de recente paper, wilde weten welke factoren de groei en toxiciteit van de 2015-bloei in Monterey Bay beïnvloedden. In samenwerking met het ECOHAB-team, hij onderzocht de fysische en chemische omstandigheden in de aanloop naar de bloei van 2015, en vergeleek deze gegevens met de omstandigheden gemeten in voorgaande jaren.

Ryan overwoog eerst de mogelijkheid dat ongewoon warm oceaanwater een rol zou kunnen hebben gespeeld bij de bloei. Van 2014 tot 2016 was het oppervlaktewater in de noordoostelijke Stille Oceaan veel warmer dan normaal - een fenomeen dat de 'warme klodder' wordt genoemd. Maar na vergelijking van de omstandigheden van 2015 met historische gegevens, Ryan ontdekte dat de wateren in Monterey Bay niet ongewoon warm waren tijdens de bloei. Warm water had invloed op de baai voor en na de bloei, maar in het voorjaar van 2015 werden de wateren gekoeld door lokale opwelling.

Opwelling treedt op wanneer sterke noordwestenwind het oppervlaktewater wegvoert van de kust, koude toelaten, diep water, rijk aan nitraat, silicaat, en andere voedingsstoffen, naar het zeeoppervlak te stijgen. Omdat deze voedingsstoffen fungeren als meststof voor zeealgen, opwellende gebeurtenissen leiden vaak tot diatomeeënbloei. Opwelling is gebruikelijk rond Monterey Bay in de lente.

In het voorjaar van 2015 een zeer sterke opwelling eind maart leidde tot de Pseudo-nitzschia bloeien. Dit werd gevolgd door verschillende mildere gebeurtenissen die de diatomeeënpopulaties verjongden, terwijl de drijvende algen bleven bestaan ​​​​en zich ophopen in de baai. Deze fysieke factoren hielpen de hoge concentraties algen in de baai te verklaren, maar ze verklaarden niet waarom deze algen zoveel domoïnezuur bevatten.

Vervolgens keken Ryan en zijn collega's naar de chemie van de baai, gericht op concentraties van twee belangrijke voedingsstoffen:nitraat en silicaat. Diatomeeën hebben nitraat nodig voor een breed scala aan biochemische processen, inclusief de productie van domoïnezuur. Ze hebben silicaat nodig om te groeien en zich voort te planten.

MBARI-onderzoekers hebben de afgelopen 24 jaar bijna elke maand nitraat en silicaat gemeten in Monterey Bay. Bij het onderzoeken van deze unieke dataset, Ryan vond dat, onder normale lenteomstandigheden in Monterey Bay, silicaat is overvloediger dan nitraat. Echter, in de maanden voorafgaand aan en tijdens de voorjaarsbloei van 2015, er was meer nitraat dan silicaat in baaiwateren. In feite, op het hoogtepunt van de Pseudo-nitzschia bloeien in mei, er was in wezen geen silicaat meer in het water (vermoedelijk hadden de diatomeeën het allemaal opgegeten), maar er bleef nog wat nitraat over.

Kijkend naar de wetenschappelijke literatuur, vonden de onderzoekers laboratorium- en veldstudies waaruit bleek dat Pseudo-nitzschia diatomeeën kunnen giftiger worden als ze geen silicaat meer hebben, maar nog steeds nitraat beschikbaar hebben. Onder deze voorwaarden, de diatomeeën kunnen zich niet snel voortplanten, maar ze kunnen nog steeds domoïnezuur produceren. Diatomeeën planten zich voort door in tweeën te splitsen, dus elk domoïnezuur in een oudercel wordt verdeeld over de twee dochtercellen. Maar wanneer lage verhoudingen van silicaat tot nitraat resulteren in minder frequente reproductie, domoic zuur kan worden geconcentreerd in individuele diatomeeën.

De onderzoekers concludeerden dat de buitengewoon hoge populaties van Pseudo-nitzschia in 2015 waren gerelateerd aan de kracht en timing van opwellende gebeurtenissen. Maar de extreem hoge concentraties domoïnezuur werden waarschijnlijk veroorzaakt door ongebruikelijke oceaanchemie - met name een lage verhouding van silicaat tot nitraat in baaiwateren.

Omdat de ongewone chemie van de baaiwateren samenviel met de grootschalige opwarming van de noordoostelijke Stille Oceaan, de onderzoekers vermoeden dat er een verband is tussen de twee fenomenen. Ze hebben echter niet genoeg gegevens over oceaanchemie buiten Monterey Bay om dit verband uit te werken.

Terugkijkend op het recente artikel, Rianne zei, "Een van de conclusies van dit onderzoek is dat we goede chemische en fysische gegevens nodig hebben om schadelijke algenbloei te begrijpen en te voorspellen. In dit geval, de voedingsstof silicaat bleek de belangrijkste factor te zijn. Echter, andere voedingsstoffen, zoals ureum (in afvalwater), kunnen ook de toxiciteit van deze algen beïnvloeden. We kijken ernaar uit om onze nieuwe technologieën toe te passen om biologische, fysiek, en chemische omstandigheden in de kustoceaan. Dit zal ons helpen te begrijpen en uiteindelijk te voorspellen wanneer en waar schadelijke algenbloei zal optreden."