نشانه های شیمیایی شکارچیان اقیانوس می تواند هشدارهای اولیه برای شکوفه های جلبکی سمی باشد

توسط مایک پنا، دانشگاه کالیفرنیا - سانتا کروز

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

تیمی از دانشمندان علوم دریایی به سرپرستی محققان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، رویکرد جدیدی برای پیش‌بینی شکوفه‌های مضر جلبکی (HABs) ایجاد کرده‌اند که نحوه ردیابی این رویدادهای خطرناک دریایی را تغییر می‌دهد.

در مطالعه‌ای که این هفته در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد، محققان نشان دادند که اندازه‌گیری غیرفعال «نشانه‌های هشدار» شیمیایی تولید شده توسط شکارچیان میکروسکوپی اقیانوس - گروهی از لیپیدهای قطبی به نام کوپپودامید - به دانشمندان اجازه می‌دهد شکوفه‌های جلبکی سمی را تا هفت هفته قبل پیش‌بینی کنند.

این تکنیک پایش بیولوژیکی "از بالا به پایین" زمان پیش‌بینی را در مقایسه با روش‌های متداول ردیابی سموم بیش از یک ماه افزایش می‌دهد و به آژانس‌های ساحلی و ماهیگیری صدف‌ها قبل از رسیدن سموم به سطوح خطرناک هشدارهای اولیه حیاتی می‌دهد.

به گفته نویسنده ارشد این مطالعه، استاد برجسته علوم اقیانوسی رافائل کودلا، برای چندین دهه، مدل‌های پیش‌بینی اقیانوس‌ها تقریبا به طور انحصاری بر محرک‌های فیزیکی و محیطی «از پایین به بالا»، مانند جریان‌های اقیانوس، دمای آب و افزایش مواد مغذی متمرکز شده‌اند.

کودلا گفت: "با گرفتن سیگنال های شیمیایی شکارچیان بیولوژیکی، ما یک پنجره حیاتی از بالا به پایین را به پویایی اکوسیستم باز کرده ایم." با "گوش دادن" به فعل و انفعالات شیمیایی بین چرندگان دریایی و جلبک ها، می توانیم یک تکنیک نظارتی جدید و قابل اعتماد را به جعبه ابزار هشدار اولیه خود اضافه کنیم.

شکوفه‌های مضر جلبکی در سیستم کنونی کالیفرنیا عمدتا توسط Pseudo-nitzschia، یک جنس از دیاتوم‌های دریایی میکروسکوپی که قادر به تولید نوروتوکسین قوی اسید دوموئیک هستند، هدایت می‌شوند. هنگامی که سخت پوستان گیاهخوار کوچک به نام غلاف روی فیتوپلانکتون ها می چرند، ترکیبات شیمیایی ردیابی به نام کوپپودامید را آزاد می کنند.

این لیپیدها به عنوان یک "رایحه شکارچی" یا سیگنال هشدار آبزی عمل می کنند. دیاتوم‌هایی مانند Pseudo-nitzschia این نشانه‌های چرنده را شناسایی می‌کنند و با فعال کردن مکانیسم‌های دفاعی، از جمله افزایش چشمگیر تولید اسید دوموئیک برای جلوگیری از چرندگان، پاسخ می‌دهند.

Aubrey Trapp، نویسنده مسئول این مطالعه گفت: "در سطح جهانی، محققان به یافتن نمونه های جدیدی از تولید سم ناشی از شکارچیان در گونه های مختلف جلبک های مضر ادامه می دهند." تراپ دکترای خود را به پایان رساند. پایان نامه در آزمایشگاه کودلا و اکنون یک محقق فوق دکتری در کالج شمال غربی هند در بلینگهام، واشنگتن است.

در محیط های دریایی، کوپپودامیدهای محیطی رقیق می شوند و به سرعت تجزیه می شوند و از نظر تاریخی اندازه گیری آنها در آب دریاهای آزاد دشوار است. برای غلبه بر این چالش، تیم تحقیقاتی "ردیابی سم جذب فاز جامد" (SPATT) را اقتباس کردند - یک فناوری نمونه برداری غیرفعال که از دانه های رزین متخلخل معلق در حلقه های مشبک برای جذب مداوم ترکیبات محلول به طور مستقیم از آب اقیانوس در طول روزها یا هفته ها استفاده می کند.

طی یک کمپین نظارتی 28 ماهه در اسکله شهری سانتا کروز - یک نقطه داغ شناخته شده در خلیج مونتری برای فعالیت شکوفه‌های سمی - تیم نشان داد که نمونه‌گرهای SPATT به طور قابل اعتمادی غلظت‌های کوپپودامید را که مستقیما با تعداد خالص زئوپلانکتون‌ها مرتبط است، ثبت کردند. آزمایش‌های آزمایشگاهی بعدی در UC سانتا کروز تأیید کرد که قرار دادن سویه‌های محلی شبه نیتسشیا در اقیانوس آرام در معرض کوپپودامیدها باعث افزایش ده برابری در تولید سم سلولی شد.

نظارت بر سلامت عمومی کنونی به اندازه‌گیری سطوح سم در آب دریا یا بافت صدف‌ها متکی است، که اغلب به مدیران ساحلی تنها از روزها تا یک هفته اطلاع رسانی می‌کند قبل از اینکه تعطیلی برداشت باید اجرا شود.

با ساخت مدل‌های پیش‌بینی آماری با استفاده از مجموعه داده‌های Monterey Bay، محققان دریافتند که نظارت بر نشانه‌های کوپپودامید با رزین‌های SPATT، شکوفایی دیاتوم‌های شبه نیتسشیا را شش هفته قبل با دقت آماری بالا پیش‌بینی می‌کند. برای پیش‌بینی آلودگی اسید دوموئیک در صدف‌های نگهبان بالاتر از آستانه ایمنی، ردیابی کوپپودامید یک زمان پیش‌بینی هفت هفته‌ای را ارائه کرد.

در مقابل، مدل‌های مرسوم که اسید دوموئیک را ردیابی می‌کنند، به‌طور مستقیم به حداکثر دقت پیش‌بینی تنها در یک هفته از زمان تحویل دست می‌یابند.

مهمتر از همه، روش تشخیص کوپپودامید به طور قابل توجهی نرخ منفی کاذب را کاهش داد. در مدیریت ایمنی غذاهای دریایی، منفی کاذب - عدم شناسایی آلودگی قبل از ورود صدف های سمی به بازار یا عرضه مواد غذایی - خطرناک ترین نتیجه را نشان می دهد. مدل‌های جدید کوپپودامید می‌توانند با موفقیت مدیران را در مورد 22 درصد از رویدادهای با سم بالا هفت هفته قبل آگاه کنند، در حالی که تنها 14 درصد از رویدادهایی که یک هفته قبل توسط ردیابی سموم استاندارد علامت‌گذاری شده‌اند.

توسعه سیستم‌های هشدار اولیه برای اسید دوموئیک حیاتی است زیرا نوروتوکسین اثرات موج‌های مضری را در شبکه‌های غذایی دریایی و جوامع انسانی ساحلی ایجاد می‌کند.

هنگامی که شکوفه‌های شبه نیتسشیا افزایش می‌یابد، اسید دوموئیک در زنجیره غذایی تجمع می‌یابد و ابتدا در صدف‌ها، آنچوی و ساردین که با فیلتر تغذیه می‌شوند تجمع می‌یابد و متعاقبا باعث مسمومیت شکارچیان سطح بالاتر می‌شود. در پستانداران دریایی و پرندگان دریایی، مسمومیت با اسید دوموئیک باعث آسیب شدید عصبی، بی نظمی، تشنج و مرگ می شود.

در دو دهه گذشته، شکوفه‌های سمی در خلیج مونتری و در امتداد سواحل اقیانوس آرام باعث گیر افتادن و مرگ و میر گسترده‌ای در میان شیرهای دریایی کالیفرنیا، سمورهای دریایی، پلیکان‌های قهوه‌ای و نهنگ‌های گوژپشت شده است.

هنگامی که سطح سم از آستانه ایمنی فدرال - 20 میکروگرم اسید دوموئیک در هر گرم بافت - فراتر رفت، سازمان‌های نظارتی باید فورا ممنوعیت برداشت را برای جلوگیری از مسمومیت با صدف‌های فراموشی در انسان اجرا کنند. این خاموشی‌های اضطراری اغلب باعث تعطیلی طولانی ماهیگیری‌های تجاری و تفریحی از جمله ماهیگیری خرچنگ دانجنس، خرچنگ سنگی، صدف تیغی، ساردین و ماهیگیری آنچوی می‌شود.

تعطیلی ماهیگیری پیش بینی نشده ده ها میلیون دلار ضرر از دست رفته جوامع ساحلی کالیفرنیا را به همراه دارد، برداشت معیشت قبایل را مختل می کند و به اقتصادهای گردشگری محلی وابسته به تفریحات ساحلی آسیب می رساند.

کودلا دهه ها را در خط مقدم تحقیقات سموم دریایی و نوآوری در رصد اقیانوس سپری کرده است. آزمایشگاه Kudela در UC سانتا کروز پیشگام ابتکارات رصد ساحلی بزرگی است، از جمله سیستم نقشه برداری خطر جلبک مضر کالیفرنیا (C-HARM) که اقیانوس شناسی ماهواره ای، مدل های گردش عددی و داده های میدانی را برای تولید نقشه های خطر معمول برای جریان کالیفرنیا ترکیب می کند. تحقیقات او اقیانوس‌شناسی شیمیایی با وضوح بالا، زیست‌شناسی سلولی و مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده را برای حفاظت از سلامت عمومی و اقیانوس‌ها پیوند می‌دهد.

کودلا گفت که این مطالعه یک جهش بزرگ به جلو است زیرا نمونه‌گرهای غیرفعال SPATT در حال حاضر به طور معمول توسط شبکه‌های نظارتی در امتداد سواحل اقیانوس آرام و در سطح جهانی مستقر شده‌اند. او گفت: «با تجزیه و تحلیل ساده نمونه‌گرهای رزین موجود برای سیگنال‌های شیمیایی گرزر در کنار سموم هدف، آژانس‌های ساحلی می‌توانند بدون نیاز به زیرساخت‌های جدید گران قیمت، اطلاعات را مستقیما به شبکه‌های هشدار فعلی ما متصل کنند.

با نگاهی به آینده، هدف ما تطبیق این فناوری نمونه برداری غیرفعال برای استقرار بر روی وسایل نقلیه زیرآبی و گلایدرهای خودمختار است که نقشه های خطر پیش بینی در زمان واقعی و با وضوح بالا را در کل سیستم فعلی کالیفرنیا ارائه می دهد.

Aubrey Trapp و همکاران، نمونه‌برداری غیرفعال برای نشانه‌های گریزر، اثرات از بالا به پایین را در نظارت بر شکوفایی جلبک مضر و پیش‌بینی سموم، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (2026) شامل می‌شود. DOI: 10.1073/pnas.2604233123

اطلاعات مجله: مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم

ارائه شده توسط دانشگاه کالیفرنیا - سانتا کروز

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →