I ricercatori del Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University potrebbero aver trovato una nuova strategia per limitare la crescita di una specie di alghe chiamata Aureococcus anofagefferens, che ad alta densità può provocare devastanti maree marroni. Sfruttando un approccio genomico chiamato metatrascrittomica, i ricercatori hanno determinato che la gestione del fosforo può essere importante per controllare le maree marroni.

Aureococcus anofagefferens emerse al largo di Long Island nel 1985, estuari che si colorano di fango, spiazzando le alghe autoctone, e avvelenando i crostacei. Le alghe fiorirono, soffocando un'industria di molluschi un tempo fiorente e sminuendo l'importantissimo commercio turistico della regione. Continua ad affliggere la Great South Bay di Long Island e altre acque dell'Atlantico centrale.

Gli scienziati volevano sapere come l'Aureococcus anofagefferens fosse riuscito a crescere così bene lungo le coste fortemente colpite dalle attività umane. Uno studio del 2011 ha fornito un punto di partenza fondamentale sequenziando il genoma di questa alga, identificando che aveva capacità che le permettevano di prosperare in ecosistemi modificati dall'uomo e ricchi di materia organica. In uno studio del 2014, la ricerca di follow-up ha scoperto il segreto di sopravvivenza del fitoplancton, che sta nel suo DNA; L'aureococco può produrre enzimi che scompongono l'azoto organico e il fosforo quando i nutrienti inorganici si esauriscono, permettendogli di battere gli organismi concorrenti e prosperare. L'azoto e il fosforo di cui l'Aureococcus ha bisogno per fiorire spesso provengono dal deflusso delle acque piovane e da altre fonti terrestri.

Sulla base del DNA e di altre ricerche, gli scienziati hanno appreso come i geni codificati nel genoma si attivano e si disattivano in risposta alla fornitura di nutrienti come azoto e fosforo, sviluppo di un approccio metatrascrittomico per identificare le attività di Aureococcus in una comunità mista di altre alghe. Tradizionalmente, i ricercatori seguono le fioriture contando le cellule nell'acqua e misurando la chimica dell'acqua per vedere se le alghe sono limitate per azoto o fosforo.

"Si monitora la chimica dell'acqua e quante cellule ci sono, e questo può dirti se la comunità algale riceve abbastanza azoto o abbastanza fosforo, e che influenza il processo decisionale di gestione e mitigazione, ", ha affermato Sonya Dyhrman, oceanografa microbica e autrice senior di Lamont. Ciò significava in genere concentrare gli sforzi sulla riduzione degli apporti di azoto negli estuari che ospitano le maree brune.

Però, nello studio pubblicato questa settimana in Frontiere in microbiologia , Dyhrman e i suoi colleghi hanno preso una decisione diversa, approccio più diretto per valutare cosa alimenta queste cellule, portando la loro inchiesta alle celle nelle acque al largo degli Hamptons. Dyhrman paragona il modo tradizionale di misurare le attività di Aureococcus all'entrare in un frigorifero e decidere se una persona è sana in base a ciò che è in quel frigorifero.

"È questa l'idea che stiamo facendo inferenze sulla salute o sull'attività delle alghe in base a ciò che è nell'acqua piuttosto che guardare le cellule stesse. Un modo molto migliore che guardare nel frigorifero sarebbe quello di metterti alla prova per vedere se sei sano o no. Quello che ci accingiamo a fare con questo studio è chiedere alle alghe stesse se stanno ottenendo abbastanza azoto o abbastanza fosforo, " ha spiegato Dyhrman.

In effetti, hanno chiesto quali geni vengono attivati ​​e disattivati, sapendo, dai risultati precedenti, che distinto, geni specifici sono attivati ​​dall'azoto e altri dalla disponibilità di fosforo. Quello che hanno trovato è stato sorprendente.

"La chimica dell'acqua (l'approccio del frigorifero) ci diceva che non ricevono abbastanza azoto. Ma quando abbiamo guardato le cellule, stavano accendendo tutti i loro geni che indicavano che non stavano assumendo abbastanza fosforo. Non quello che ci aspettavamo, " ha detto Dyhrmann.

È stata la prima volta che gli scienziati sono stati in grado di utilizzare l'approccio dell'espressione genica per chiedere specificamente a questa specie di alghe dannose quali risorse utilizza sul campo, qualcosa che non era rintracciabile fino a poco tempo fa.

"Le cellule ci dicevano qualcosa di diverso dalla chimica dell'acqua, ", ha detto Dyhrman. "Il che significa che dobbiamo pensare non solo all'azoto ma anche al fosforo quando pensiamo a controllare o mitigare queste fioriture".

"Abbiamo dimostrato con questo metodo che le cellule algali rispondono rapidamente a variabili nel loro ambiente che noi non possiamo, o no, ancora rilevato, " ha detto Louie Wurch, autore principale e assistente professore alla James Madison University. "We have a lot more to learn and this has really opened the door for a lot of exciting future research!"