Een nieuw onderzoeksinstrument om drinkwater veilig te stellen houdt nu Lake Erie in de gaten. Deze week, een robotlaboratorium op de bodem van het meer begon de niveaus van gevaarlijke gifstoffen te volgen die worden geproduceerd door cyanobacteriën die elke zomer bloeien in het westelijke bekken van het meer.

Het doel is om gemeentelijke drinkwaterbeheerders vooraf te waarschuwen en zo een herhaling van de watercrisis te voorkomen, waardoor meer dan 400, 000 inwoners van Toledo-gebied zonder veilig drinkwater begin augustus 2014 gedurende ongeveer twee dagen vanwege hoge niveaus van microcystine-toxines.

De aankoop van de $ 375, 000 apparaat, die bekend staat als een milieumonsterprocessor of ESP, was een directe reactie op het evenement in Toledo. Het bevindt zich op een plek op de bodem van het meer waar het ongeveer een dag van tevoren kan melden als zeer giftig water naar de waterinlaat van de stad lijkt te gaan.

De tests worden in eerste instantie om de dag gedaan, daarna verhoogd tot eenmaal per dag vanaf 1 augustus om samen te vallen met de verwachte piek in bloeitoxiciteit. Testresultaten worden automatisch gemaild naar de inbox van onderzoekers in Ann Arbor.

"Ons belangrijkste doel is om de wateropname te beschermen en blootstelling van het publiek aan deze gifstoffen te voorkomen. " zei aquatisch ecoloog Tom Johengen, associate director van het Cooperative Institute for Great Lakes Research (CIGLR) aan de Universiteit van Michigan. "Als dit apparaat in de zomer van 2014 had gestaan, het zou een verschil hebben gemaakt."

Het project is een samenwerking tussen CIGLR, het Great Lakes Environmental Research Laboratory (GLERL) van de National Oceanic and Atmospheric Administration in Ann Arbor, NOAA's National Centers for Coastal Ocean Science en het Monterey Bay Aquarium Research Institute. Het robotlab, die de naam ESPniagara draagt, werd gekocht met geld van het federale Great Lakes Restoration Initiative, wat ook helpt om de bedrijfskosten te betalen.

Volgende zomer zullen er nog twee ESP's worden ingezet voor tests in het westelijke Lake Erie en zouden in 2019 in de reguliere dienst moeten zijn, zei Timothy Davis, een moleculair ecoloog bij NOAA's Ann Arbor-lab en leider van het GLERL-CIGLR-team voor monitoring van schadelijke algenbloei. uiteindelijk, toxiciteitsgegevens van de drie autonome laboratoria zullen worden opgenomen in kortetermijnvoorspellingen van algenbloei voor het westelijke stroomgebied van Lake Erie.

"Hopelijk, we zullen nooit meer een evenement als Toledo hebben, omdat we de bloeilocatie kunnen voorspellen, beweging en toxiciteit met nauwkeurigheid zodat waterbehandelingsmanagers weten wanneer het eraan komt en kunnen worden voorbereid, ' zei Davy.

Er zijn wereldwijd meer dan een dozijn ESP's in gebruik, maar ESPniagara is de eerste in de Grote Meren en de eerste die op microcystines test, een klasse van toxines geproduceerd door bepaalde zoetwatercyanobacteriën.

Cyanobacteriën zijn fotosynthetische organismen die soms blauwgroene algen worden genoemd. De Grote Meren zijn de thuisbasis van tientallen veel voorkomende cyanobacteriële soorten, maar slechts enkelen zijn giftige herrieschoppers. De watercrisis in Toledo werd toegeschreven aan toxines geproduceerd door de gewone soort Microcystis aeruginosa.

Het ESPniagara "lab in a can" werd afgelopen herfst in het westen getest in Lake Erie. Het werd ingezet voor de reguliere dienst op 11 juli en begon op 18 juli met routinematige toxinetests. Het bevindt zich ongeveer 6,4 km ten westen van de gemeentelijke waterinlaat van Toledo op een diepte van 18 voet. Het blijft daar tot half augustus, wanneer het wordt opgehaald voor routineonderhoud, keerde vervolgens terug naar het meer in september en oktober.

CIGLR-onderzoekstechnicus Emily Davenport heeft de afgelopen maanden het lab klaargemaakt voor gebruik in de zomer. Ze groeide op aan de oevers van Lake Erie op Catawba Island, Ohio, en woonde Bowling Green State University.

"De lokale economieën aan de oever van het meer zijn afhankelijk van de vitaliteit van het meer, dus we willen allemaal dat Lake Erie gedijt, " zei Davenport. "Ik ben echt trots om te werken in onderzoek naar de waterkwaliteit van de Grote Meren, omdat het het leven van mensen ten goede komt op een tastbare manier.

"Soms kan het heel moeilijk zijn om het belang van wetenschap aan het grote publiek over te brengen, maar niet in dit geval. We hebben allemaal schoon water nodig."

Naast haar werk met ESPniagara, Davenport maakt deel uit van een CIGLR-NOAA-team voor monitoring van schadelijke algenbloei dat wekelijks naar Lake Erie reist om watermonsters te verzamelen voor analyse in Ann Arbor. Het verkrijgen van die testresultaten duurt meestal 24 tot 48 uur. Maar met ESPniagara, microcystineresultaten worden drie tot vier uur nadat het apparaat een watermonster heeft verzameld aan de onderzoekers doorgegeven.

"Het hele punt van het hebben van deze ESP is om bijna realtime te worden, in situ toxiciteitsmetingen op een dagelijkse tijdschaal in plaats van eenmaal per week, " zei Johengen. "De verbeterde temporele resolutie zal ons in staat stellen om meer tijdige waarschuwingen te geven aan waterbeheerders en zal onderzoekers nieuwe inzichten geven in de dynamiek van bloeitoxiciteit."

De wekelijkse bemonsteringsreizen van het team naar Lake Erie gaan door en maken deel uit van een uitgebreid onderzoeksprogramma naar schadelijke algenbloei dat ook analyse van satellietbeelden omvat, genetische studies van cyanobacteriën en de uitgifte van regelmatige HAB-bulletins aan het publiek. Een aanzienlijk deel van het jaarlijkse budget van $ 2,5 miljoen van het team wordt geleverd door het Great Lakes Restoration Initiative.

Op 13 juli, NOAA heeft zijn voorspelling voor seizoensschadelijke algenbloei uitgegeven voor Lake Erie, waarin werd opgeroepen om deze zomer een "significante" HAB te ontwikkelen in het westelijke bekken. De belangrijkste oorzaak van de schadelijke algenbloei van Lake Erie is verhoogde fosfor uit stroomgebieden die afwateren naar het westelijke stroomgebied van het meer, met name uit het zwaar agrarische stroomgebied Maumee River.

NOAA's schadelijke algenbloeivoorspellingen voorspellen de grootte, of biomassa, van een bloei, maar zeg niets over de giftigheid ervan. Niveaus van microcystine-toxines in de bloei variëren gedurende de zomer naarmate de samenstelling van de cyanobacteriële gemeenschap verandert. ESPniagara biedt een eerste stap in de richting van het verstrekken van Lake Erie HABs-voorspellingen met informatie over toxiciteit, zei Johangen.

ESPniagara weegt meer dan 1, 000 pond en wordt vanaf het dek van een schip in het meer neergelaten. Het bestaat uit een beschermend stalen frame rondom een ​​analytisch biochemisch laboratorium in een waterdichte bus, samen met een boei die boven je drijft.

Het stalen frame wordt de ESP-lander genoemd, en het rust direct op de bodem van het meer. De boei is met een plastic slang en een datakabel aan het lab vastgemaakt. De boei verzamelt water van het oppervlak en pompt het door de slang naar het laboratorium, en het is ook uitgerust met een mobiel modem om de resultaten terug te sturen naar Ann Arbor. Watermonsters worden ook 4 voet boven de bodem van het meer verzameld, dezelfde diepte die wordt gebruikt door veel gemeentelijke waterinlaten.

In het op maat gemaakte natte lab, uit de watermonsters worden cyanobacteriëncellen gefilterd, vervolgens worden de microcystine-toxines uit de cellen geëxtraheerd. Het vloeibare extract wordt vervolgens verwerkt met behulp van een ELISA analytische biochemische test, een veel voorkomende biomedische test die antilichamen en kleurverandering gebruikt om stoffen te identificeren. Zodra de test is voltooid, een ingebouwde camera maakt een foto van het resultaat en stuurt deze terug naar Ann Arbor, waarbij de helderheid van het beeld wordt gebruikt om de hoeveelheid microcystine in het monster te bepalen.

"De watercrisis in Toledo heeft de kwestie van de schadelijke algenbloei van Lake Erie in de schijnwerpers gezet en heeft laten zien hoe belangrijk ze kunnen zijn voor het dagelijks leven van mensen - en mogelijk voor de menselijke gezondheid - door een van de basisbronnen aan te tasten die we nodig hebben voor het leven, dat is schoon drinkwater, ' zei Davy.