新发现揭开伊利湖有毒水华背后的神秘生物

密歇根大学研究人员已确定产生这些毒素的生物。他们的研究指出，一种名为鱼腥藻属的蓝细菌是毒素来源。
有害藻华（HABs）可由多种蓝细菌组成，每种都能产生不同毒素。确定哪种菌株产生哪种毒素，对监测、预测和管理藻华事件至关重要。
追踪微囊藻毒素与石房蛤毒素的来源
2014年的一次严重藻华产生了微囊藻毒素，对托莱多的饮用水供应构成严重威胁。更早的2007年，科学家在伊利湖检测到一种极强毒素——石房蛤毒素的迹象，但其生物来源一直不明。石房蛤毒素属于一组密切相关的神经毒素，被认为是自然界中最强大的毒素之一。
“了解哪种生物产生毒素的主要优势在于，这有助于我们理解导致毒素产生的条件——即哪些条件能让这些生物成功生长，”地球与环境科学及环境与可持续性教授格雷戈里·迪克说，“此类信息可指导政策和管理，不过在这个案例中我们还有很长的路要走。”
利用DNA测序识别毒素产生者
为确定石房蛤毒素的产生生物，密歇根大学团队在伊利湖藻华出现时直接采集样本。第一作者保罗·登·乌尔应用“鸟枪法”测序技术，这种技术可读取水样中所有的DNA。借助这些序列，他重建了完整基因组，然后在基因组中搜索参与产生石房蛤毒素的基因。
他们的分析发现伊利湖中存在多种鱼腥藻属菌株，但只有特定菌株具备产生石房蛤毒素的能力。尽管这种差异的原因尚不清楚，研究人员已开始研究可能影响毒素产生的环境条件。
温度与营养水平中的环境线索
研究团队全年从伊利湖多个地点采集样本，并测量每个样本中石房蛤毒素相关基因的含量。他们发现，在水温较高的水域，这种基因的水平往往更高。
“这很有趣，因为我们知道湖泊正随着气候变化而改变，”密歇根大学五大湖合作研究所（CIGLR）的科学家登·乌尔说，“随着湖泊变暖，一个重要问题是：这将如何改变生物群落，包括有害蓝藻藻华？”
他们还观察到，在铵水平升高的区域，与石房蛤毒素相关的基因较少。研究团队推测，这种模式可能与鱼腥藻属的一个显著特征有关：它含有一个基因，表明其能利用双氮（一种丰富的大气气体）形式的氮。迪克表示，只有少数生物能以这种形式利用氮，这使鱼腥藻属在特定条件下具有竞争优势。
“拥有完整基因组的一个好处是，你至少在理论上能了解这种生物的所有能力，”同时担任CIGLR主任的迪克说，“你掌握了这种生物能力的完整蓝图，我们确实看到了它从水中获取固定氮的能力。而能以双氮气体形式获取氮，算是一种‘超能力’。很少有生物能做到这一点，这使它们在这些条件下更具竞争力。”
监测变化中湖泊的长期风险
研究人员表示，他们已在湖中监测石房蛤毒素九年，但这段时间太短，无法确定随着气候持续变暖，毒素水平是否会上升。
“但现在我们知道了毒素的产生者，我认为我们可以更好地监测这些生物，也能直接评估基因随时间的丰度，”迪克说，“我们计划继续监测这种生物的丰度，但现在判断它是否变得更丰富还为时过早。这只是一种相关性，但这种与温度的相关性令人担忧。”
该研究发表在《环境科学与技术》期刊上。