Un nuovo strumento di ricerca per salvaguardare l'acqua potabile sta ora tenendo d'occhio il lago Erie. Questa settimana, un laboratorio robotico sul fondo del lago ha iniziato a monitorare i livelli di tossine pericolose prodotte dai cianobatteri che fioriscono ogni estate nel bacino occidentale del lago.

L'obiettivo è quello di fornire un preavviso ai gestori comunali dell'acqua potabile e quindi prevenire il ripetersi della crisi idrica che ha lasciato più di 400, 000 residenti nell'area di Toledo senza acqua potabile per circa due giorni all'inizio di agosto 2014 a causa di alti livelli di tossine microcistina.

L'acquisto dei 375 dollari, 000 dispositivo, noto come elaboratore di campioni ambientali o ESP, fu una risposta diretta all'evento di Toledo. È posizionato in un punto sul fondo del lago dove può fornire un preavviso di circa un giorno se l'acqua altamente tossica sembra essere diretta verso la presa d'acqua della città.

I test verranno effettuati inizialmente a giorni alterni, poi aumentato a una volta al giorno a partire dal 1 agosto in concomitanza con il previsto picco di tossicità della fioritura. I risultati dei test vengono inviati automaticamente via email alle caselle di posta dei ricercatori ad Ann Arbor.

"Il nostro obiettivo numero uno è proteggere l'assunzione di acqua e prevenire l'esposizione del pubblico a queste tossine, " ha detto l'ecologo acquatico Tom Johengen, direttore associato del Cooperative Institute for Great Lakes Research (CIGLR) presso l'Università del Michigan. "Se questo dispositivo fosse stato installato nell'estate del 2014, avrebbe fatto la differenza".

Il progetto nasce dalla collaborazione tra CIGLR, il Great Lakes Environmental Research Laboratory (GLERL) della National Oceanic and Atmospheric Administration ad Ann Arbor, Centri nazionali della NOAA per la scienza degli oceani costieri e il Monterey Bay Aquarium Research Institute. Il laboratorio robotico, che va sotto il nome di ESPniagara, è stato acquistato con i fondi della Federal Great Lakes Restoration Initiative, che aiuta anche a pagare i costi operativi.

Altri due ESP saranno schierati per i test nel lago Erie occidentale la prossima estate e dovrebbero essere in servizio regolare nel 2019, disse Timothy Davis, un ecologo molecolare presso il laboratorio Ann Arbor della NOAA e leader del team di monitoraggio della fioritura algale nociva GLERL-CIGLR. In definitiva, i dati sulla tossicità dei tre laboratori autonomi saranno incorporati nelle previsioni di fioritura algale a breve termine per il bacino occidentale del Lago Erie.

"Auspicabilmente, non avremo mai più un evento come Toledo, perché saremo in grado di prevedere la posizione della fioritura, movimento e tossicità con precisione in modo che i responsabili del trattamento delle acque sappiano quando sta arrivando e possano essere preparati, " ha detto Davis.

Più di una dozzina di ESP sono in uso a livello globale, ma ESPniagara è il primo nei Grandi Laghi e il primo a testare le microcistine, una classe di tossine prodotte da alcuni cianobatteri d'acqua dolce.

I cianobatteri sono organismi fotosintetici a volte chiamati alghe blu-verdi. I Grandi Laghi ospitano dozzine di comuni specie di cianobatteri, ma solo pochi sono piantagrane tossici. La crisi idrica di Toledo è stata attribuita alle tossine prodotte dalla specie comune Microcystis aeruginosa.

Il "laboratorio in una lattina" di ESPniagara è stato testato sul campo nella parte occidentale del lago Erie lo scorso autunno. È stato utilizzato per il servizio regolare l'11 luglio e ha iniziato i test di routine per le tossine il 18 luglio. Si trova a circa 4 miglia a ovest della presa d'acqua municipale di Toledo a una profondità di 18 piedi. Vi resterà fino a metà agosto, quando verrà recuperato per la manutenzione ordinaria, poi tornò al lago in settembre e ottobre.

Il tecnico di ricerca CIGLR Emily Davenport ha trascorso gli ultimi mesi a preparare il laboratorio per il suo impiego estivo. È cresciuta sulle rive del lago Erie nell'isola di Catawba, Ohio, e ha frequentato la Bowling Green State University.

"Le economie locali in riva al lago dipendono dalla vitalità del lago, quindi tutti noi vogliamo che il lago Erie prosperi, " Ha detto Davenport. "Sono davvero orgoglioso di lavorare nella ricerca sulla qualità dell'acqua dei Grandi Laghi, perché avvantaggia la vita delle persone in modo tangibile.

"A volte può essere davvero difficile comunicare l'importanza della scienza al grande pubblico, Ma non in questo caso. Abbiamo tutti bisogno di acqua pulita".

Oltre al suo lavoro con ESPniagara, Davenport fa parte di un team di monitoraggio della fioritura algale nociva CIGLR-NOAA che effettua viaggi settimanali al Lago Erie per raccogliere campioni d'acqua per l'analisi ad Ann Arbor. Ottenere questi risultati del test richiede in genere dalle 24 alle 48 ore. Ma con ESPniagara, i risultati della microcistina vengono trasmessi ai ricercatori tre o quattro ore dopo che il dispositivo ha raccolto un campione d'acqua.

"Il punto centrale di avere questo ESP è arrivare quasi in tempo reale, misurazioni della tossicità in situ su una scala temporale giornaliera anziché una volta alla settimana, " Ha detto Johengen. "La migliore risoluzione temporale ci consentirà di fornire avvisi più tempestivi ai gestori dell'acqua e fornirà ai ricercatori nuove informazioni sulla dinamica della tossicità della fioritura".

I viaggi di campionamento settimanali del team al Lago Erie continueranno e fanno parte di un programma completo di ricerca sulla fioritura di alghe dannose che include anche l'analisi delle immagini satellitari, studi genetici sui cianobatteri e l'emissione di bollettini regolari HAB al pubblico. Una parte significativa del budget annuale di 2,5 milioni di dollari del team è fornita dalla Great Lakes Restoration Initiative.

Il 13 luglio NOAA ha pubblicato la sua previsione di fioritura algale dannosa stagionale per il lago Erie, che ha richiesto lo sviluppo di un HAB "significativo" nel bacino occidentale questa estate. Il principale motore delle dannose fioriture algali del Lago Erie è l'elevato fosforo dai bacini idrografici che drenano nel bacino occidentale del lago, in particolare dallo spartiacque del fiume Maumee, fortemente agricolo.

Le previsioni dannose della proliferazione algale della NOAA prevedono le dimensioni, o biomassa, di un fiore ma non dicono nulla sulla sua tossicità. I livelli di tossine microcistina nella fioritura variano durante l'estate poiché la composizione della sua comunità di cianobatteri cambia. ESPniagara fornisce un primo passo verso la fornitura di previsioni HAB del lago Erie che includono informazioni sulla tossicità, ha detto Johengen.

ESPniagara pesa più di 1, 000 libbre e viene calato nel lago dal ponte di una nave. Consiste in una struttura protettiva in acciaio che circonda un laboratorio di biochimica analitica all'interno di un contenitore impermeabile, insieme a una boa che galleggia in alto.

La struttura in acciaio è chiamata lander ESP, e poggia direttamente sul fondo del lago. La boa è collegata al laboratorio da un tubo di plastica e un cavo dati. La boa raccoglie l'acqua dalla superficie e la pompa lungo il tubo fino al laboratorio, ed è anche dotato di un modem cellulare per trasmettere i risultati ad Ann Arbor. I campioni d'acqua vengono raccolti anche a 4 piedi sopra il fondo del lago, la stessa profondità utilizzata da molte prese d'acqua comunali.

All'interno del laboratorio umido su misura, le cellule dei cianobatteri vengono filtrate dai campioni di acqua, quindi le tossine microcistina vengono estratte dalle cellule. L'estratto liquido viene quindi elaborato utilizzando un saggio biochimico analitico ELISA, un comune test biomedico che utilizza anticorpi e cambiamento di colore per identificare le sostanze. Una volta completato il test, una telecamera di bordo scatta una foto del risultato e la invia ad Ann Arbor, dove la luminosità dell'immagine viene utilizzata per determinare la quantità di microcistina nel campione.

"La crisi idrica di Toledo ha portato sotto i riflettori la questione delle fioriture algali dannose del Lago Erie e ha mostrato quanto possano avere un impatto sulla vita quotidiana delle persone, e potenzialmente sulla salute umana, intaccando una delle risorse di base di cui abbiamo bisogno per la vita, che è acqua potabile pulita, " ha detto Davis.