Blauwalgen: biologie en toxines

Transcriptie

1 Blauwalgen: biologie en toxines Petra M. Visser Aquatic Microbiology IBED-Universiteit van Amsterdam

2 Blauw- algen = cyanobacteriën Microcystis spp. Anabaena spp. Planktothrix spp.

3 Verdeling op basis van ecotypes 1. Kolonievormers: Microcystis spp 2. N-fixerende kolonievormers: Anabaena spp. en Aphanizomenon spp. 3. Filamenteuze soorten: Planktothrix spp. 4. Rode filamenteuze soorten: Planktothrix rubescens

4 Verdeling op basis van ecotypes 1. Kolonievormers: Microcystis spp. 2. N-fixerende kolonievormers: Anabaena spp. en Aphanizomenon spp. 3. Filamenteuze soorten: Planktothrix spp. 4. Rode filamenteuze soorten: Planktothrix rubescens

5 Microcystis 1 mm gasvacuolen

6 Drijfvermogenregulatie van kolonie-vormende cyanobacteriën in het licht: productie van koolhydraten toename dichtheid zinken

7 Drijfvermogenregulatie van kolonie-vormende cyanobacteriën in het donker: afbraak van koolhydraten afname dichtheid stijgen

8 Microcystis heeft voordelen in een diep meer diepte temperatuur Temperature Epilimnion Metalimnion Thermocline Hypolimnion } gemengde laag 30 40

9 Sedimentatieverliezen van algen als relatie van de mengdiepte sedimentation loss rate (d -1 ) mixing depth (m) In een diep meer in de zomer zijn de sedimentatieverliezen zo n 60% van de populatie in het water! Visser et al. 1996

10 Bloei van Microcystis spp. in een diep, gestratificeerd meer Biovolume (cm 3 m -2 ) zonder kunstmatige menging blauwalgen

11 Competitie tussen zinkende en drijvende kolonievormende blauwalgen: model Hoge turbulentie: zinkende algen winnen Turbulente menging (cm 2 /s) geen bloei Lage turbulentie: drijvende blauwalgen winnen Diepte van de waterkolom (m) Huisman et al Ecology 85:

12 Nieuwe Meer Amsterdam Kunstmatige menging door doorborreling!

13 Competitie tussen zinkende en drijvende kolonievormende blauwalgen: model Hoge turbulentie: zinkende algen winnen Turbulente menging (cm 2 /s) geen bloei met menging zonder menging Lage turbulentie: drijvende blauwalgen winnen Diepte van de waterkolom (m) Huisman et al Ecology 85: Dus: diepe menging voorkomt blauwalgen volgens model

14 Effect van diepe menging op de soortensamenstelling van de algen zonder kunstmatige menging Biovolume (cm 3 m -2 ) blauwalgen met kunstmatige menging datum zinkende algen Visser et al Freshw. Biol. 36: Huisman et al Ecology 85:

15 Verzamelen van sediment in Volkerak-Zoommeer

16 Modelsimulaties van Microcystis-biomassa Zonder pelagische populatie: afname van 64% van de biomassa. Zonder benthisch inoculum: afname van 50% van de biomassa. Verspagen et al. 2005

17 Verdeling op basis van ecotypes 1. Kolonievormers: Microcystis spp. 2. N-fixerende kolonievormers: Anabaena spp. en Aphanizomenon spp. 3. Filamenteuze soorten: Planktothrix spp. 4. Rode filamenteuze soorten: Planktothrix rubescens

18

19 Stikstoffixatie

20 Verdeling op basis van ecotypes 1. Kolonievormers: Microcystis spp 2. N-fixerende kolonievormers: Anabaena spp. en Aphanizomenon spp. 3. Filamenteuze soorten: Planktothrix spp. 4. Rode filamenteuze soorten: Planktothrix rubescens

21 Competitie experiment met de groenwier Scenedesmus en de cyanobacterie Oscillatoria Biovolume/filamentlengte per mm 3 Scenedesmus Oscillatoria Optische dichtheid Dus: Oscillatoria (Planktothrix) kan bij laag licht groeien Mur et al., 1977

22 Negatieve relatie abundantie Oscillatoriaceae en licht in het water Scheffer et al. 1997

23 Turbiditeit in relatie met P en doorspoeling in groenwier of blauwalg-gedomineerde systemen Scheffer et al. 1997

24 Seizoensveranderingen in Planktothrix-biomassa Poulickova et al Of bij warme winters: weinig variatie in biomassa

25 Verdeling op basis van ecotypes 1. Kolonievormers: Microcystis spp 2. N-fixerende kolonievormers: Anabaena spp. en Aphanizomenon spp. 3. Filamenteuze soorten: Planktothrix spp. 4. Rode filamenteuze soorten: Planktothrix rubescens

26 Metalimnion cyanobacterie populatie T Mixing depth Planktothrix rubescens

27 Pigmenten

28 'Bourgondisch Bloed in de Kuil in Prinsenbeek, Brabant Contact met water vermijden

29 Giftig!!

30 .in het nieuws.

31 Toxine Hepatotoxisch Microcystines Nodularine Cylindrospermopsine Neurotoxisch Anatoxine-a Anatoxine-a(s) Saxitoxine BMAA* Dermatotoxisch Aplysiatoxine Lyngbyatoxine-a Cyanobacterie geslacht Microcystis, Oscillatoria, Nostoc, Anabaena, Anabaenopsis, Planktothrix Nodularia Cylindrospermopsis, Aphanizomenon, Umezakia Anabaena, Oscillatoria, Aphanizomenon, Anabaena Anabaena, Aphanizomenon, Lyngbya, Cylindrospermopsis, Planktothrix Nostoc,??? Lyngbya, Schizothrix, Oscillatoria Lyngbya *BMAA = β-n-methyl-amino-l-alanine

32 TOXINE bron LD50 Botulinum toxine A Clostridium botulinum (bacterie) Tetanus toxine Clostridium tetani (bacterie) Ricine Ricinus communis (bonen plant) Diphtheria toxine Corynebacterium diphtheriae (bacterie) Kokoi toxine Phyllobates bicolor (kikker) Tetrodotoxine Sphearoides rubripes (vis) Saxitoxine Aphanizomenon flos-aquae (cyanobacterium) Cobra toxine Naja naja (cobra) Nodularine Nodularia spumigena (cyanobacterie) Microcystine LR Microcystis aeruginosa (cyanobacterie) Anatoxine-a Anabaena flos-aquae (cyanobacterium) Microcystine RR Microcystis aeruginosa (cyanobacterie) Curare Chrondodendron tomentosum (plant) Strychnine Strychnos nux-vomica (plant) LETHALE DOSIS (LD50) in µg per kg lichaams gewicht (intra-peritonaal in muis of rat)

33 Drijflagen zijn het grootste gevaar Microcystine in water Microcystine in drijflaag Microcystine ( µg/l) Richtlijn maximaal toelaatbare concentratie in zwemwater volgens Gezondheidsraad Jan-00 Jul-00 Dec-00 Jul-01 Dec-01 Jul-02 Datum Dec-02 Jul-03 Dec-03 Jun-04 Dec-04 Kardinaal & Visser, 2005

34 Wat zal klimaatsverandering betekenen voor cyanobacteriën?

35 Effecten klimaatsverandering: (1) Temperatuur beïnvloedt stratificatie Bij hogere temperatuur is stratificatie sterker (2) Temperatuur beïnvloedt viscositeit Bij hogere temperatuur zinken zinkende soorten sneller en drijven drijvende soorten sneller omhoog! (3) Temperatuur beïnvloedt groeisnelheid

36 Microcystis aeruginosa (Reynolds, 2006), Planktothrix agardhii (Foy et al., 1976), the diatom Asterionella formosa (Butterwick et al., 2005) and the cryptophyte Cryptomonas marssonii (Butterwick et al., 2005). Paerl & Huisman, 2009

37 Experiment in het Nieuwe Meer in 2003 Jöhnk et al. (2008)

38 2003 de heetste zomer in 500 jaar!!! KNMI, De Bilt

39 Model resultaten:

40 Blooms like it hot!

41 Samenvattend - de blauwalg bestaat niet; verschillende ecotypes - toxines met name in drijflagen gevaarlijk - klimaatsverandering in het voordeel van blauwalgen?