Die Indian River Lagoon, die sich über etwa ein Drittel der Ostküste Floridas erstreckt, war in den letzten Jahren häufig mit schädlichen Algenblüten konfrontiert. Darunter Pseudo-nitzschia spp., eine Alge, die das Neurotoxin Domoinsäure produziert.
Domonsäure kann sich in Nahrungsnetzen bioakkumulieren und bei Organismen höherer trophischer Ebene wie Meeressäugetieren und Vögeln zu Krankheiten und Tod führen. Sie wurde bei Meeresschildkröten in den Küstengewässern Floridas und bei Bullenhaien im Indian River Lagoon-System dokumentiert. Beim Menschen kann der Verzehr von mit Domonsäure kontaminierten Schalentieren schädliche Symptome hervorrufen.
Im Gegensatz zu anderen schädlichen Algenblüten sind Pseudonitzschia nicht biolumineszierend und verursachen keine Wasserverfärbung oder große Fischsterben. Da es keine offensichtlichen visuellen Hinweise auf diese Blüten gibt und ihre Überwachung ereignisbasiert erfolgt, ist die Dokumentation ihres Vorhandenseins eine Herausforderung.
Forscher des Harbor Branch Oceanographic Institute der Florida Atlantic University haben die erste umfassende molekulare Studie zu Domoinsäure durchgeführt, die aus Pseudo-Nitzschia in der Indian River Lagoon hergestellt wird. Ihre in der Fachzeitschrift Harmful Algae veröffentlichten Ergebnisse legen nahe, dass Domonsäure eine erhebliche Bedrohung für das Ökosystem der Lagune darstellen könnte.
Um ein besseres Verständnis der Ökologie von Pseudo-Nitzschia in den zentralen und südlichen Teilen des Indian River Lagoon-Systems zu erlangen, wo die Überwachung weniger häufig erfolgt, sammelten Forscher zwischen Oktober 2018 und Mai 2020 Oberflächenwasserproben an fünf Standorten entlang der Lagune analysierten 158 Proben auf Phytoplanktonkonzentrationen anhand von Zellzahlen, die an 68 verschiedenen Daten gesammelt wurden. An Kulturmaterial wurde eine Rasterelektronenmikroskopie durchgeführt, die es ihnen ermöglichte, sechs verschiedene Arten von Pseudonitzschia morphologisch zu identifizieren und sie mit Sequenzierungsdaten zu vergleichen.
Die Ergebnisse zeigten, dass in 87 Prozent der Proben Pseudonitzschia vorhanden war, was mit relativ hohem Salzgehalt des Wassers und kühlen Temperaturen in Zusammenhang stand. Alle Isolate zeigten Toxizität und Domonsäure wurde in 47 Prozent der Oberflächenwasserproben gefunden. Obwohl die Pseudo-Nitzschia-Konzentrationen in der ersten Hälfte der Studie stärker ausgeprägt waren, waren die Zellen während des gesamten Studienzeitraums häufig in geringeren Konzentrationen vorhanden. Zu den bemerkenswerten Unterschieden zwischen dem Indian River Lagoon-System und anderen Gewässern, in denen Pseudo-Nitzschia-Blüten auftreten, gehören Wassertemperaturen, Wasserklarheit, Verweilzeiten und Salzgehalt.
„Das häufige Vorkommen von Pseudo-Nitzschia, einschließlich Konzentrationen auf Blütenniveau, die wir in unserer Studie beobachtet haben, könnte dazu führen, dass Domonsäure in das Nahrungsnetz integriert wird und sich auf Schalentiere, Flossenfische, Vögel, Meeresschildkröten, Delfine, Haie, Rochen und Menschen auswirkt.“ sagte Malcolm McFarland, Ph.D., leitender Autor und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der FAU Harbor Branch. „Da Domonsäure eine Brutstätte für viele Organismen ist und eine große Artenvielfalt unterstützt, könnte sie sich negativ auf die Artenvielfalt des Indian River Lagoon-Systems auswirken.“
Zusätzlich zu einem positiven Zusammenhang mit dem Salzgehalt stellten Forscher auch fest, dass Pseudo-Nitzschia einen umgekehrten Zusammenhang mit der Temperatur hatte. Dies deutet darauf hin, dass Pseudo-Nitzschia in der Indian River Lagoon kühlere Wassertemperaturen für ihr Wachstum bevorzugt. Die Zellhäufigkeit von Pseudonitzschia war im Spätherbst, Winter und frühen Frühling am höchsten, wenn die Temperaturen in der Lagune kühler sind. Einige der höchsten Häufigkeiten von Pseudo-Nitzschia im südlichen Indian River Lagoon-System traten an Probenahmestellen mit der größten Nähe zu Buchten auf.
„Angesichts der Merkmale des Indian River Lagoon-Systems, wie warme Wassertemperaturen, hohe Nährstoffe und geringe Tiefen, glauben wir, dass Pseudo-Nitzschia eine ansässige Population sein könnte, die das ganze Jahr über präsent ist“, sagte Stephanie Schreiber zunächst Autor und Koordinator von Forschungsprogrammen und -diensten an der FAU Harbor Branch. „Die Ergebnisse unserer Studie legen nahe, dass Pseudo-Nitzschia auch als Schlüsselfaktor für die Zusammensetzung der Phytoplanktongemeinschaft im südlichen Indian River Lagoon-System angesehen werden könnte.“
Da es sich um einen von mehreren giftigen, schädlichen Algenblüten bildenden Organismen in der Indian River Lagoon handelt, ist das Verständnis seiner Verbreitung und Populationsdynamik von entscheidender Bedeutung für den Schutz der biologischen Vielfalt sowie der Gesundheit von Mensch, Tier und Ökosystem.
„Genaue Identifizierungsmethoden sind entscheidend, um das Vorhandensein oder Fehlen toxigener Pseudonitzschia-Arten festzustellen und die potenzielle Bedrohung durch Blüten dieser Algen einzuschätzen“, sagte McFarland. „Obwohl Domonsäure im südlichen Indian River Lagoon-System nicht immer vorhanden ist, lässt ihr häufiges Vorkommen darauf schließen, dass es sich um ein wichtiges Toxin handelt, das in der Lagune überwacht werden muss. Kontinuierliche Exposition gegenüber Domonsäure, selbst in geringen Konzentrationen, kann unbekannte Auswirkungen auf die Lagune haben Lagunensystem im Laufe der Zeit.
Mehr Informationen:
Stephanie Schreiber et al., Pseudo-Nitzschia-Arten, Toxizität und Dynamik in der südlichen Indian River Lagoon, FL, Schädliche Algen (2023). DOI: 10.1016/j.hal.2023.102437