Μπορούν οι υπέρηχοι να καταγράψουν κυανοβακτήρια;
Ανθίσεις κυανοβακτηρίων σε ανοιχτά νερά, που εκδηλώνονται με κυανοβακτηριακά αφρό, αφρό ή ψάθες που επιπλέουν στην επιφάνεια (Εικ. 1) έχουν αναφερθεί για περισσότερα από 130 χρόνια, αλλά η συχνότητα και η έντασή τους αυξήθηκαν δραματικά τις τελευταίες δεκαετίες.
Πολλές μελέτες έδειξαν ότι όχι μόνο ο πολιτιστικός ευτροφισμός (υπερβολικές συγκεντρώσεις αμμωνίου, N και φωσφόρου, P), αλλά και η κλιματική αλλαγή είναι υπεύθυνη για την επέκταση των ανθοφοριών. Επιπλέον, τα κυανοβακτήρια μπορεί να συνθέσουν και να εκκρίνουν οργανικούς μεταβολίτες, οι οποίοι ποικίλλουν ως προς την τοξικότητα και τον μηχανισμό δράσης τους, συμπεριλαμβανομένης της ηπατο-, δερματο- και νευροτοξικότητας. Τεκμηριώθηκε επίσης η βιοσυσσώρευση κυανοτοξινών σε σώματα υδρόβιων ζώων. Η άνθηση των κυανοβακτηρίων οδηγεί σε σοβαρές συνέπειες για το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία, έχει σημαντικό κοινωνικοοικονομικό και οικολογικό κόστος και επηρεάζει την ποιότητα του νερού, την ανθεκτικότητα του τροφικού ιστού και τα ενδιαιτήματα.
Τα επιφανειακά νερά στα οποία κυριαρχούν τοξικά κυανοβακτήρια δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή πόσιμου ή γεωργικού νερού και θα πρέπει να αποκλείονται από οποιαδήποτε ψυχαγωγική χρήση. Επομένως, είναι πρωταρχικής σημασίας να υπάρχει ένα κατάλληλο εργαλείο για τη μελέτη της ανάπτυξης και του πολλαπλασιασμού της ανθοφορίας με την πάροδο του χρόνου, το οποίο θα επιτρέψει τη συστηματική παρακολούθηση και την κατάλληλη θεραπεία.
Προς το παρόν, για την επιβεβαίωση ή την παρακολούθηση της άνθησης των κυανοβακτηρίων, εφαρμόζονται οι μετρήσεις του φθορισμού της φυκοκυανίνης. Πραγματοποιούνται με τη χρήση σημειακών μετρήσεων, οι οποίες είναι εντατικές, χρονοβόρες και ακατάλληλες για μελέτες χωρικής δυναμικής της άνθισης, ειδικά σε μεγάλες περιοχές. Η τηλεπισκόπηση (δορυφόροι) παρέχει χωρικές πληροφορίες, αλλά έχει χαμηλή ανάλυση, εξαρτάται από τον καιρό και περιορίζεται στην επιφάνεια του νερού και στο φως της ημέρας. Μικροκύστη αποτελούν ένα από τα κύρια συστατικά της άνθισης των κυανοβακτηρίων παγκοσμίως. Αυτό το είδος διαθέτει κυστίδια αερίου, τα οποία κάνουν τα κυανοβακτήρια να επιπλέουν και τους επιτρέπουν να προσαρμόσουν τη θέση τους για να επωφεληθούν από τις βέλτιστες συνθήκες φωτός και θρεπτικών συστατικών. Κανονικά, τα κυανοβακτηριακά κύτταρα κυμαίνονται σε μέγεθος από 0,5-1 μm έως 40 μm, αλλά όταν βρίσκονται σε υψηλή συγκέντρωση, σχηματίζουν αποικίες, οι οποίες μπορεί να φτάσουν ακόμη και αρκετά εκατοστά. Περιμέναμε ότι τέτοιες αποικίες θα πρέπει να αντανακλούν τον ήχο σε συχνότητες που χρησιμοποιούνται για την αλιευτική έρευνα.
Ο σκοπός αυτής της μελέτης ήταν να διερευνήσει τη δυνατότητα και την αξιοπιστία της χρήσης ενός ηχητικού ήχου αλιείας για τη μελέτη της βιομάζας και της κατανομής των κυανοβακτηριακών ανθίσεων σε ανοιχτά νερά και τη διερεύνηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ψαριών και κυανοβακτηριακών ανθίσεων. Ταυτόχρονες μετρήσεις της κατανομής κυανοβακτηριακής άνθησης χρησιμοποιώντας την ανίχνευση φυκοκυανίνης σε απευθείας σύνδεση (από το φθορόμετρο Turner Design 10AU Field Fluorometer και τον ηχοήχο (Simrad EY60, 200 kHz) πραγματοποιήθηκαν από το 2013-2015 στη ρηχή πεδινή περιοχή του Sulejów. Μικροκύστη (με βάση ένα συγκεκριμένο θραύσμα του γονιδίου 16S rRNA) συμπεριλαμβανομένων τοξικογόνων γονότυπων με δυνατότητα παραγωγής μικροκιστινών (με βάση ένα συγκεκριμένο θραύσμα του mcy Ενα γονίδιο). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι τιμές βιομάζας της κυανοβακτηριακής άνθησης που εκτιμήθηκαν με ακουστικές και φθορειομετρικές μεθόδους συσχετίστηκαν σε μεγάλο βαθμό (R =0,88, Σχ. 2) και οι χάρτες που παρήχθησαν (με βάση τις μέσες τιμές για 100 m) ήταν πρακτικά πανομοιότυποι (οι διαφορές δεν ήταν σημαντικές στο p =0,01).
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν επίσης μια χωρική αναντιστοιχία μεταξύ των συγκεντρώσεων των ψαριών και της περιοχής άνθισης των κυανοβακτηρίων (Εικ. 3).
Η έλλειψη οποιωνδήποτε μικροκυστινών συσσωρευμένων στο συκώτι και τα νεφρά των ψαριών (που μετρήθηκαν με τη μέθοδο HPLC) επιβεβαίωσε ότι η συμπεριφορά των ψαριών απόκριση στην παρουσία άνθισης μείωσε αποτελεσματικά την έκθεσή τους σε τοξικά κυανοβακτήρια.
Έτσι, τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η υδροακουστική παρέχει ένα νέο, απομακρυσμένο (δεν επηρεάζει το περιβάλλον) και αποτελεσματικό εργαλείο για τη μελέτη της χωροχρονικής δομής του Microcystis άνθηση, την ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό τους. Το πρόσθετο πλεονέκτημα της ακουστικής μεθόδου είναι ότι μετρώνται ταυτόχρονα οι κατανομές των ψαριών, επιτρέποντας τη διερεύνηση της σχέσης μεταξύ ψαριών και κυανοβακτηριακής άνθισης. Χάρη στην υψηλή χωρική και χρονική τους ανάλυση, οι ακουστικές μετρήσεις ενδέχεται να παρέχουν πολύτιμα δεδομένα για μοντελοποίηση και οικοϋδρολογικές προσεγγίσεις για την αποκατάσταση της λίμνης.
