Цветение водорослей, всё чаще наблюдаемое в канадских озёрах, связано как с загрязнением питательными веществами из-за сельскохозяйственных стоков, так и с изменением климата. Однако новое исследование, проведённое под руководством Конкордии и использующее секвенирование ДНК микробов со дна озёр, показывает, что эти два фактора усиливают друг друга, что глубоко влияет на здоровье озёрных экосистем.
Методы исследования
Используя данные и образцы из Экспериментальной зоны озёр Международного института устойчивого развития (ELA), группа исследователей из 58 озёр в северо-западном Онтарио, предназначенных для исследований пресной воды, сопоставила данные экологического мониторинга, датируемые более чем пятью десятилетиями, с палеогенетическими реконструкциями микробов со дна озёр, датируемыми более чем веком.
Путем секвенирования ДНК, обнаруженной в озерных отложениях, исследователи получили представление о составе прошлых сообществ водорослей и сравнили их с современными сообществами. Это позволило критически оценить, как эти сообщества менялись на протяжении десятилетий.
«Архив ДНК в осадках дал нам хронологию истории этих озёр», — говорит ведущий автор Ребекка Гарнер, доктор философии 2023 года, в настоящее время научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли. «Это первое исследование, которое показывает, что мы можем реконструировать динамику сообществ в этой экосистеме, и значительно расширяет разнообразие микроорганизмов, которые мы смогли изучить».
Исследование было опубликовано в журнале Environmental Microbiology.
Результаты исследования
Исследователи изучили образцы отложений из пяти озёр в ELA. Три из них были удобрены фосфором и другими питательными веществами, а два оставались без изменений.
Образцы из озёр, удобренных питательными веществами, показали быстрые и драматические изменения в сообществах водорослей, что привело к устойчивому цветению. Эти цветения водорослей являются явным признаком эвтрофикации — процесса, при котором избыток питательных веществ способствует росту водорослей, потребляющих кислород в озере и убивающих рыбу, а также делающих озеро небезопасным для отдыха.
В неоплодотворённых озёрах подобных свидетельств внезапных изменений не было. Однако были обнаружены признаки постепенного роста сообществ водорослей примерно с 1980 года, когда региональные температуры воздуха начали резко и устойчиво повышаться.
Используя методы статистического моделирования, исследователи смогли увидеть, как сообщества водорослей менялись в ответ на колебания питательных веществ и климата. Они обнаружили, что самые сильные реакции происходили, когда на экосистему влияли как питательные вещества, так и климат.
Этот контраст в реакции сообществ водорослей показывает, что эвтрофикация усугубляется совокупным воздействием загрязнения и потепления на экосистему. Вместе эти факторы делают экосистему более нестабильной и уязвимой к стрессам, вызванным изменением климата.
«Эта работа дополняет работу по мониторингу, проводимую в ELA, путём добавления к ней компонента древней ДНК», — говорит научный руководитель Гарнер и соавтор Дэвид Уолш, профессор кафедры биологии факультета искусств и наук. «Использование этой новой методологии позволяет нам заглянуть в прошлое и получить более широкое представление об изменяющемся сообществе в толще воды. Она демонстрирует, что между изменением климата и добавлением питательных веществ происходит синергетическое взаимодействие, приводящее к более быстрым реакциям в микробном сообществе. Мы бы не увидели этого без палеогенетических подходов».