A la fin du printemps 2015, la côte ouest de l'Amérique du Nord a connu l'une des proliférations d'algues les plus toxiques jamais enregistrées. La floraison a affecté la faune, y compris les anchois, oiseaux de mer, et les lions de mer, et a conduit à la fermeture de la pêche commerciale de la Californie à Washington. Les scientifiques ont rapidement appris que la prolifération était constituée de diatomées du genre Pseudo-nitzschia , mais ils ne pouvaient pas dire pourquoi ces algues étaient devenues si toxiques. Un nouveau papier en Lettres de recherche géophysique montre que, au moins dans la baie de Monterey, les diatomées de cette prolifération sont devenues particulièrement toxiques en raison d'un rapport inhabituellement faible de silicate à nitrate dans les eaux de la baie.

Certaines espèces de Pseudo-nitzschia les diatomées produisent une puissante neurotoxine appelée acide domoïque, qui peut provoquer des convulsions et la mort chez les mammifères. Les proliférations précédentes de ces diatomées en 1991 et 1998 ont rendu malades et tué de nombreux oiseaux de mer et lions de mer dans la baie de Monterey. Cependant, les chercheurs tentent toujours de comprendre pourquoi certaines proliférations de pseudo-nitzschia sont plus toxiques que d'autres.

Le 2015 Pseudo-nitzschia la prolifération a coïncidé avec une expérience de biologie à grande échelle dans la baie de Monterey intitulée Ecology and Oceanography of Harmful Algal Blooms (ECOHAB). Au cours de cette expérience, des scientifiques du MBARI, l'Université de Californie à Santa Cruz, Laboratoires marins de Moss Landing, et la National Oceanic and Atmospheric Administration a mesuré les conditions océanographiques ainsi que les concentrations de Pseudo-nitzschia et l'acide domoïque dans toute la baie de Monterey.

Au cours de l'expérience ECOHAB, l'équipe de recherche a envoyé des robots sous-marins naviguer autour de la baie. Les capteurs à bord des véhicules robotisés ont révélé des concentrations extrêmement élevées de substances toxiques Pseudo-nitzschia diatomées tapies sous la surface. Les chercheurs ont également ancré deux instruments robotiques de biologie moléculaire (Environmental Sample Processors, ou ESP) près des extrémités nord et sud de la baie. Les ESP ont confirmé que la prolifération consistait principalement en une espèce particulièrement toxique, Pseudo-nitzschia australie, et que ces diatomées contenaient des concentrations inhabituellement élevées d'acide domoïque. Le résultat fut une combinaison mortelle :des populations denses de diatomées particulièrement toxiques.

John Ryan, océanographe MBARI et auteur principal du récent article, voulait savoir quels facteurs ont affecté la croissance et la toxicité de la prolifération de 2015 dans la baie de Monterey. En collaboration avec l'équipe ECOHAB, il a examiné les conditions physiques et chimiques menant à la floraison de 2015, et comparé ces données avec les conditions mesurées au cours des années précédentes.

Ryan a d'abord envisagé la possibilité que des eaux océaniques inhabituellement chaudes aient pu jouer un rôle dans la prolifération. De 2014 à 2016, les eaux de surface dans le nord-est du Pacifique étaient beaucoup plus chaudes que d'habitude, un phénomène surnommé le « blob chaud ». Mais après avoir comparé les conditions de 2015 avec les données historiques, Ryan a découvert que les eaux de la baie de Monterey n'étaient pas anormalement chaudes pendant la floraison. L'eau chaude a affecté la baie avant et après la floraison, mais au printemps 2015, les eaux ont été refroidies par des remontées d'eau locales.

L'upwelling se produit lorsque de forts vents du nord-ouest éloignent les eaux de surface du rivage, permettre le froid, eaux profondes, riche en nitrate, silicate, et d'autres nutriments, remonter à la surface de la mer. Parce que ces nutriments agissent comme des engrais pour les algues marines, les événements d'upwelling conduisent souvent à des efflorescences de diatomées. Les remontées d'eau sont courantes autour de la baie de Monterey au printemps.

Au printemps 2015, un très fort événement d'upwelling fin mars a initié le Pseudo-nitzschia floraison. Cela a été suivi de plusieurs événements plus doux qui ont rajeuni les populations de diatomées tout en permettant aux algues à la dérive de persister et de s'accumuler dans la baie. Ces facteurs physiques ont contribué à expliquer les concentrations denses d'algues dans la baie, mais ils n'ont pas expliqué pourquoi ces algues contenaient autant d'acide domoïque.

Ensuite, Ryan et ses collègues ont examiné la chimie de la baie, en se concentrant sur les concentrations de deux nutriments clés :les nitrates et les silicates. Les diatomées ont besoin de nitrate pour une grande variété de processus biochimiques, y compris la production d'acide domoïque. Ils ont besoin de silicate pour grandir et se reproduire.

Les chercheurs du MBARI mesurent les nitrates et les silicates dans la baie de Monterey presque tous les mois depuis 24 ans. En examinant cet ensemble de données unique, Ryan a trouvé ça, dans des conditions printanières normales dans la baie de Monterey, le silicate est plus abondant que le nitrate. Cependant, dans les mois précédant et pendant la floraison printanière 2015, il y avait plus de nitrate que de silicate dans les eaux de la baie. En réalité, au sommet de la Pseudo-nitzschia fleurir en mai, il n'y avait pratiquement plus de silicate dans l'eau (probablement les diatomées avaient tout consommé), mais il restait encore du nitrate.

En ce qui concerne la littérature scientifique, les chercheurs ont trouvé des études en laboratoire et sur le terrain montrant que Pseudo-nitzschia les diatomées peuvent devenir plus toxiques si elles manquent de silicate mais ont encore du nitrate disponible. Dans ces conditions, les diatomées ne peuvent pas se reproduire rapidement, mais ils peuvent encore produire de l'acide domoïque. Les diatomées se reproduisent en se divisant en deux, ainsi tout acide domoïque dans une cellule mère est divisé entre les deux cellules filles. Mais lorsque de faibles rapports de silicate à nitrate entraînent une reproduction moins fréquente, l'acide domoïque peut se concentrer dans les diatomées individuelles.

Les chercheurs ont conclu que les populations extraordinairement élevées de Pseudo-nitzschia en 2015 étaient liés à la force et au moment des événements d'upwelling. Mais les concentrations extrêmement élevées d'acide domoïque ont probablement été causées par une chimie océanique inhabituelle, en particulier un faible rapport de silicate à nitrate dans les eaux de la baie.

Parce que la chimie inhabituelle des eaux de la baie a coïncidé avec le réchauffement à grande échelle du Pacifique Nord-Est, les chercheurs soupçonnent qu'il peut y avoir un lien entre les deux phénomènes. Cependant, ils ne disposent pas de suffisamment de données sur la chimie des océans en dehors de la baie de Monterey pour étoffer cette connexion.

Réfléchissant à l'article récent, Ryan a dit, "L'un des enseignements de cette recherche est que nous avons besoin de bonnes données chimiques et physiques pour comprendre et prédire les proliférations d'algues nuisibles. Dans ce cas, le silicate nutritif semble être le facteur clé. Cependant, d'autres nutriments, comme l'urée (dans les eaux usées), peuvent également influencer la toxicité de ces algues. Nous sommes impatients d'appliquer nos nouvelles technologies pour surveiller les facteurs biologiques, physique, et les conditions chimiques dans l'océan côtier. Cela nous aidera à comprendre et éventuellement à prédire quand et où les proliférations d'algues nuisibles sont susceptibles de se produire. »