Si innescano le fioriture algali estive annuali del lago Erie occidentale, almeno in parte, da cellule di cianobatteri che sopravvivono all'inverno nei sedimenti del fondo lacustre, poi emergono in primavera per "seminare" la fioritura dell'anno successivo, secondo un gruppo di ricerca guidato da scienziati dell'Università del Michigan.

I risultati migliorano la comprensione degli scienziati della biologia di base che guida le fioriture estive annuali, che sono sia un fastidio sgradevole che un potenziale rischio per la salute pubblica. Inoltre, il lavoro identifica un meccanismo per spiegare il rapido aumento delle dimensioni della fioritura del lago Erie e dell'estensione spaziale all'inizio dell'estate.

"Lo studio suggerisce che l'accumulo iniziale di fioriture può avvenire a un ritmo molto più elevato e su un'estensione spaziale maggiore di quanto sarebbe altrimenti possibile, per l'ampia presenza di cellule vitali nei sedimenti di tutto il lago, ", ha affermato l'autrice principale dello studio Christine Kitchens, un tecnico di ricerca presso il Cooperative Institute for Great Lakes Research (CIGLR) presso la U-M.

"Queste cellule svernanti possono essere rapidamente trascinate all'interno della colonna d'acqua, in particolare dopo un evento temporalesco, e iniziare a crescere attivamente".

La pubblicazione dello studio è prevista per il 21 novembre sulla rivista PLOS UNO . Kitchens ha condotto il lavoro per la sua tesi di master presso la Scuola per l'Ambiente e la Sostenibilità. Gli altri autori sono Thomas Johengen, direttore associato della CIGLR, e Timothy Davis, professore associato alla Bowling Green State University.

Il lago Erie occidentale è stato a lungo afflitto da fioriture algali dannose, o HAB, alimentato in gran parte da nutrienti nel deflusso agricolo. I fiori sono composti in gran parte da Microcystis, un genere di cianobatteri che formano colonie che a volte producono tossine epatiche chiamate microcistine.

Il lago Erie è una fonte di acqua potabile per 11 milioni di persone. Nel 2014, una fioritura di cianobatteri si è infiltrata nella presa d'acqua di Toledo, risultando in un avviso di "non bere" di due giorni per più di 400, 000 persone.

La fioritura di quest'anno è stata relativamente piccola e non ha soddisfatto le previsioni degli scienziati. Johengen ha detto che gli scienziati dovrebbero considerare di incorporare le nuove informazioni sullo svernamento delle cellule di Microcystis nei modelli informatici utilizzati per fare le previsioni di fioritura annuale.

Precedenti studi su altri laghi temperati in tutto il mondo indicano che le popolazioni svernanti di cellule di Microcystis possiedono un'elevata capacità di sopravvivenza e possono seminare fioriture stagionali. Però, l'esatto contributo delle cellule nei sedimenti è stato meno chiaro.

Per il Lago Erie, uno studio del 2009 ha concluso che i fiumi Maumee e Sandusky erano una potenziale fonte di cellule Microcystis, note agli scienziati come "inocula" perché inoculano il lago, che avviano la fioritura estiva dei cianobatteri. Ma altri lavori suggeriscono che le popolazioni fluviali non seminano le fioriture di Erie.

Si ritiene che il nuovo studio condotto da U-M sia il primo a valutare sia l'abbondanza che la vitalità delle cellule di Microcystis svernanti dai sedimenti nei Grandi Laghi.

I ricercatori hanno raccolto campioni di sedimenti in 16 siti che coprono 145 miglia quadrate nella parte occidentale del Lago Erie, dove le fioriture dannose di cianobatteri sono più prevalenti e persistenti. Il campionamento è stato effettuato per un periodo di due anni a profondità d'acqua comprese tra 10 e 30 piedi.

Tornato in laboratorio, i test genetici hanno rivelato sia l'abbondanza totale di cellule di Microcystis sia la frazione di quelle cellule potenzialmente tossiche. Quindi sono stati condotti esperimenti per valutare la vitalità delle cellule di Microcystis svernanti e per far crescere alcune delle cellule in laboratorio.

Mentre le concentrazioni di cellule di Microcystis sono diminuite significativamente durante l'inverno, le cellule sopravvissute rimasero vitali, nel senso che erano in grado di crescere, la primavera successiva. Inoltre, gli esperimenti di crescita hanno mostrato che i ceppi di Microcystis potenzialmente tossici sono stati coltivati ​​con successo a una velocità leggermente superiore rispetto ai ceppi non tossici.

Questo risultato potrebbe aiutare a spiegare una precedente osservazione del programma di monitoraggio del Lago Erie della National Oceanic and Atmospheric Administration:che la percentuale di cellule di Microcystis potenzialmente tossiche è più alta durante le prime fasi di una fioritura e diminuisce durante l'estate.

Johengen ha detto che non è ancora noto se le cellule di Microcystis svernanti raccolgano nutrienti vitali dai sedimenti e utilizzino quei nutrienti per alimentare il loro picco di crescita all'inizio della stagione. Se sta succedendo, potrebbe complicare gli sforzi per frenare le fioriture del lago Erie riducendo il deflusso di fertilizzanti dai terreni coltivati, Egli ha detto.