Les proliférations d'algues estivales annuelles de l'ouest du lac Érié sont déclenchées, au moins en partie, par des cellules de cyanobactéries qui survivent à l'hiver dans les sédiments de fond de lac, puis émergent au printemps pour "semer" la floraison de l'année suivante, selon une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l'Université du Michigan.

Les résultats font progresser la compréhension des scientifiques de la biologie fondamentale à l'origine des floraisons estivales annuelles, qui sont à la fois une nuisance inesthétique et un danger potentiel pour la santé publique. En outre, les travaux identifient un mécanisme pour expliquer l'augmentation rapide de la taille et de l'étendue spatiale de la prolifération du lac Érié au début de l'été.

"L'étude suggère que l'accumulation initiale de proliférations peut se produire à un rythme beaucoup plus élevé et sur une plus grande étendue spatiale que ce qui serait autrement possible, en raison de la large présence de cellules viables dans les sédiments dans tout le lac, " a déclaré Christine Kitchens, auteure principale de l'étude, un technicien de recherche à l'Institut coopératif de recherche sur les Grands Lacs (CIGLR) à l'U-M.

"Ces cellules qui hivernent peuvent être rapidement entraînées dans la colonne d'eau, en particulier après une tempête, et commencer à se développer activement."

L'étude devrait être publiée le 21 novembre dans la revue PLOS UN . Kitchens a dirigé les travaux de sa thèse de maîtrise à l'École pour l'environnement et la durabilité. Les autres auteurs sont Thomas Johengen, directeur associé de la CIGLR, et Timothée Davis, professeur agrégé à la Bowling Green State University.

L'ouest du lac Érié est depuis longtemps en proie à des proliférations d'algues nuisibles, ou HAB, alimentée en grande partie par les éléments nutritifs du ruissellement agricole. Les fleurs sont composées en grande partie de Microcystis, un genre de cyanobactéries formant des colonies qui produisent parfois des toxines hépatiques appelées microcystines.

Le lac Érié est une source d'eau potable pour 11 millions de personnes. En 2014, une efflorescence de cyanobactéries s'est infiltrée dans la prise d'eau de Tolède, résultant en un avis de « ne pas boire » de deux jours pour plus de 400 personnes, 000 personnes.

La floraison de cette année était relativement faible et n'a pas répondu aux prévisions des scientifiques. Johengen a déclaré que les scientifiques devraient envisager d'intégrer les nouvelles informations sur l'hivernage des cellules de Microcystis dans les modèles informatiques utilisés pour faire les prévisions de floraison annuelle.

Des études antérieures sur d'autres lacs tempérés dans le monde indiquent que les populations hivernantes de cellules de Microcystis possèdent une capacité de survie élevée et peuvent ensemencer des proliférations saisonnières. Cependant, la contribution exacte des cellules dans les sédiments a été moins claire.

Pour le lac Érié, une étude de 2009 a conclu que les rivières Maumee et Sandusky étaient une source potentielle de cellules de Microcystis - connues des scientifiques sous le nom d'"inocula" parce qu'elles inoculent le lac - qui initient les proliférations estivales de cyanobactéries. Mais d'autres travaux suggèrent que les populations fluviales n'ensemencent pas les fleurs d'Erie.

On pense que la nouvelle étude dirigée par U-M est la première à évaluer à la fois l'abondance et la viabilité des cellules de Microcystis hivernant dans les sédiments des Grands Lacs.

Les chercheurs ont prélevé des échantillons de carottes de sédiments sur 16 sites couvrant 145 milles carrés dans la partie ouest du lac Érié où les proliférations de cyanobactéries nocives sont les plus répandues et les plus persistantes. L'échantillonnage a été effectué sur une période de deux ans à des profondeurs d'eau allant de 10 à 30 pieds.

De retour au labo, les tests génétiques ont révélé à la fois l'abondance totale des cellules de Microcystis et la fraction de ces cellules potentiellement toxiques. Ensuite, des expériences ont été menées pour évaluer la viabilité des cellules de Microcystis hivernant et pour faire croître certaines des cellules en laboratoire.

Alors que les concentrations de cellules de Microcystis ont diminué de manière significative au cours de l'hiver, les cellules qui ont survécu sont restées viables, c'est-à-dire capables de croître, le printemps suivant. En outre, les expériences de croissance ont montré que les souches de Microcystis potentiellement toxiques ont été cultivées avec succès à un taux légèrement plus élevé que les souches non toxiques.

Ce résultat pourrait aider à expliquer une observation précédente du programme de surveillance du lac Érié de la National Oceanic and Atmospheric Administration :que le pourcentage de cellules de Microcystis potentiellement toxiques est le plus élevé pendant les premiers stades d'une prolifération et diminue tout au long de l'été.

Johengen a déclaré qu'on ne sait pas encore si les cellules de Microcystis hivernant récupèrent les nutriments essentiels des sédiments et utilisent ces nutriments pour alimenter leur poussée de croissance en début de saison. Si cela se produit, cela pourrait compliquer les efforts pour freiner les efflorescences du lac Érié en réduisant le ruissellement d'engrais des terres cultivées, il a dit.