在溫暖的月份裡，伊利湖將成為藍藻（也稱為藍綠藻）快速生長的理想場所。在這些條件下，藻類會大量繁殖，釋放出足以傷害野生動物和人類的毒素。
密歇根大學的研究人員已經確定了產生這些毒素的生物體。他們的工作確定了一種稱為長子植物的藍細菌的來源。
有害藻華（HAB）可能含有許多不同類型的藍藻。每種類型都會產生不同的毒素。確定哪些物種產生哪些毒素對於監測、預測和管理水華事件非常重要。
追踪微囊藻毒素和石房蛤毒素的來源。
2014 年的一次大規模水華產生了有毒的微囊藻毒素。它對托萊多的飲用水供應構成嚴重威脅。 2007 年初，科學家在伊利湖中發現了一種名為石房蛤毒素的極強毒素的跡象。儘管其生物學起源仍不清楚。石房蛤毒素屬於一組密切相關的神經毒素。這被認為是最強大的天然毒素。
“了解哪些生物體產生毒素的主要優點是，它可以幫助我們了解導致毒素產生的條件。也就是說，什麼條件使這些生物體成功，”地球與環境科學教授格雷戈里·迪克說。環境與可持續發展部門的負責人表示，“這些信息可以幫助指導政策和管理。儘管在這種情況下我們離這一點還很遠。”
使用 DNA 測序來識別毒素產生者
為了確定哪些生物體產生了石房蛤毒素，密歇根大學研究小組直接從湖中出現的有害細菌中取樣。主要作者 Paul Den Uyl 使用了“鳥槍”測序技術，這種技術可以讀取水樣中存在的所有 DNA。通過這些序列，他重建了完整的基因組。然後他們在基因組中搜索與石房蛤毒素產生有關的基因。
他們的分析表明，伊利湖中生活著許多長子植物物種，然而，只有其中一些能夠產生石房蛤毒素。儘管造成這種差異的原因尚不清楚。但研究人員開始研究可能影響毒素產生的環境條件。
溫度和營養水平的環境線索
該團隊從不同地點收集了樣本。全年橫跨伊利湖，測量每個樣本中存在的石房蛤毒素相關基因的數量。他們傾向於在溫暖的水域中檢測到更高水平的這種基因。
“這很有趣，因為我們知道湖泊正在隨著氣候變化而變化，”密歇根大學五大湖合作研究所（CIGLR）的科學家丹·烏伊爾（Dan Uyil）說。一個大問題是：這改變了生物群落。包括藍藻水華的危害有多大。 ”
他們還指出，與石房蛤毒素相關的基因在銨含量高的地區不太常見。研究小組懷疑這種模式可能與長子植物的一個獨特特徵有關：存在表明它們可以以二氮形式使用氮的基因。它是一種豐富的大氣氣體。迪克認為，只有有限數量的生物體可以利用這種形式的氮。這使得長子植物在某些條件下具有競爭優勢。
“擁有完整基因組的好處之一是你可以看到生物體能做的一切。至少在理論上，”兼任 CIGLR 主任的迪克說，“你擁有了生命能做什麼的所有藍圖。我們看到了從水中獲取持續的氮的能力。只是以氮氣的形式獲取氮是一種超能力。能做到這一點的生物並不多。這讓它們在這種條件下更具競爭力。”
湖泊變化的長期風險監測
研究人員表示，他們九年來一直在追踪湖中的石房蛤毒素。但這個時間段太短，無法判斷毒素水平是否會隨著氣候持續變暖而增加。
“但現在我們知道是誰產生了它。我認為我們可以更好地關注這些生物。而且我們可以隨著時間的推移直接評估基因豐度，”迪克說。 “我們計劃繼續監測該物種的豐度。但現在判斷是否有更多豐度還為時過早。這只是一種關係。但與溫度的關係是相關的。”
他們的研究發表在期刊上 環境科學與技術–
