科學家正在努力消除佛羅里達海岸的有毒“紅潮”
最新一次爆發已造成數千只海洋動物死亡。
1793年，喬治·溫哥華船長和他的英國測量人員降落在一個小海灣，並幫助自己到附近的一些貝類，儘管那天海洋奇怪的發光，儘管當地人民禁止在這種情況下吃貽貝。溫哥華的一名工作人員隨後成為有史以來第一批死於亞歷山大藻（Alexandrium catenella）生物發光藻類大量繁殖的麻痺性貝類中毒（PSP）的人。你永遠不會猜到入口的名字。
佛羅里達州墨西哥灣沿岸目前正遭受類似形式的藻類引起的中毒，並已持續近10個月。自2017年10月以來，近150英里的州立海岸線 - 從佈雷登頓附近的安娜瑪麗亞島到南部到那不勒斯 - 已經被紅潮淹沒，特別是Karenia brevis物種的大量開花。
雖然這次爆發並不是歷史上最長的（2005 - 2006年邁阿密附近開花了將近一年半），但這一次爆發對海洋生物來說尤其致命。 K. brevis如此危險的原因是甲藻可產生強效的神經毒性物質，如短桿菌毒素。到目前為止，這種物質與（幾乎）噸魚，二十多隻海牛，一些海豚甚至一隻26英尺的幼鯨鯊的死亡有關。根據佛羅里達州魚類和野生動物保護委員會的統計，海龜，包括瀕臨滅絕的坎普斯雷德利海龜，在2018年的名義年死亡率已經達到三倍。據佛羅里達州魚類和野生動物保護委員會稱，已經有300多人死於攝入短鏈黴素。
到目前為止還沒有人類死亡報告，儘管當海浪衝到海灘上時，毒素會變得霧化，導致或加劇呼吸問題。因此，雖然你可以在紅潮期間從技術上去游泳，但健康專家警告說。然而，這種繁榮正在給佛羅里達州的旅遊業帶來沉重打擊。州長裡克斯科特週一宣佈，他將把50萬美元轉移到受疫情爆發期間旅遊資金減少影響的當地社區和企業，以及另外10萬美元用於清理和減災工作。特別受打擊的李縣將獲得額外的90萬美元緊急救濟資金。
引起赤潮的單細胞藻類在全世界的海洋中實際上相當普遍。雖然這些花朵中的許多都是無毒的 - 它們通過生物質的純粹周長引起更多問題，例如，它可以產生窒息其他生物的厭氧環境（所謂的“魚類殺戮”） - 大約十幾種已知會產生致命的化合物。
有趣的是，我們並不確定這些毒素的實際用途。佛羅里達國際大學化學與生物化學系的Kathleen Rein博士告訴Engadget，他們可能是一種餵食威懾物，或者它們可能只是藻類代謝過程的天然副產品。
“這種生物利用大量能量來製造這些分子，”她說。 “我認為這些分子還有一些其他的生理生化功能。但這是一個真正需要更多研究的領域。”
但是，我們非常瞭解它們的工作原理。這些毒素旨在鎖定嵌入細胞可興奮膜上的特定蛋白質。這導致細胞的離子通道打開，使細胞去極化。在受影響的細胞立即處理後排出鈉時，它會停止傳輸電脈衝。您只需在系統中使用皮摩爾（.001摩爾）濃度的這些毒素即可開始感受效果。
“因此而中毒的人患有腸胃問題，定向障礙，頭暈，他們形容嘴唇發麻，”萊恩解釋說。還有一種稱為溫度逆轉感的東西，其中熱感覺冷，冷感覺熱。不過，你必須要有相當高的劑量。“
令人擔憂的是，許多這些藻類（有毒或無毒）正在蔓延到以前的外國環境中並擾亂當地的食物網平衡。例如，Aureococcus anophagefferens過去只能在美國東北部找到，而南非現在已經退出中國的核電廠冷卻口。 Aureoumbra lagunensis從一個地方擴散到整個墨西哥灣沿岸擴展，最近遷移到古巴。最令人不安的是Ostreopsis的傳播，這種有毒物種被認為會導致魚類中毒。隨著易於氣溶的毒素，呼吸窘迫的病例在Ostreopsis蓬勃發展的地方都有所增加。
令人沮喪的是，研究人員還沒有確定為什麼這些花朵首先出現。
“我們已經嘗試並試圖尋找紅潮的原因，”莫特海洋實驗室和水族館的資深科學家理查德皮爾斯告訴國家地理。 “它似乎只是喜歡佛羅里達海岸的東西。”
像K. brevis這樣的甲藻（Dinoflagellates）存在於海洋中，濃度約為每升海水1000個細胞。實際上，歷史上經常發生天然藻類大量繁殖（正如不列顛哥倫比亞省的土著人民可以告訴你的那樣），通常是當深海的營養物質有季節性上升或者大風暴或颶風引起潮流時。這將富含氮和磷的水帶到藻類可以盛宴和繁殖的表面。海岸附近的人類活動可能會破壞自然平衡，特別是當營養豐富的農業徑流到達海洋以進一步餵養大量繁殖時。
氣候變化導致的地表水溫上升也與大量繁殖有關。氣候變化也可能通過促成日益強大的颶風而在紅潮的形成中發揮間接作用。在2005年至2006年之間開花的長達17個月的紅潮，在佛羅里達海岸發生了一對激烈的颶風之後。這些風暴沖刷了海岸線，將營養物質注入當地水域。 2017年的颶風Irma在2017年做了同樣的事情，並被懷疑是導致這次最新的藻類爆發。
“去年在那裡經歷的颶風會給沿海水域注入大量營養物質。”伍茲霍爾海洋研究所生物系高級科學家Don Anderson博士向Engadget解釋道。 “然後，那是幾個月前，但仍有一些人猜測這將是颶風的影響。它本來只是將土地衝走並將所有這些氮，磷和其他東西衝洗到沿海地區海洋，它可以為這種花朵提供燃料。“
更重要的是，自20世紀50年代以來，這種強化趨勢可能一直在持續。邁阿密大學2008年的一項研究調查了過去半個世紀K. brevis的數據，發現在1994年至2002年的8年間，與1954年至1963年間相比，有大約13至18倍的花朵。該研究的作者指責佛羅里達州的人類活動增加，其中來自奧基喬比湖（目前正在與自己的藻類開花掙扎）的營養物質水被轉移到墨西哥灣沿岸的社區。當淡水徑流與海水接觸時，“那些淡水藻類死亡，釋放出所有這些營養物質，並且恰好直接進入[短尾藻]藻類，”研究作者和邁阿密大學研究員拉里·布蘭德在報告中寫道。
來自Mote實驗室的研究人員正在研究減少這些花朵影響的方法，並減輕它們對當地生態系統造成的破壞。目前正在測試的一種這樣的裝置將臭氧分子注入水中，破壞所有存在的有機化合物（包括短鏈毒素），同時給流體充氣。該團隊已經使用25,000加侖的水箱完成了小規模測試，很快將在當地600,000加侖的運河中進行實驗。
在舉辦2008年奧運會期間，中國政府採取了明確的低技術方法，儘量減少紅潮的出現：粘土。 “你分散到水中，粘土顆粒相互聚集，並與那裡的所有細胞聚集在一起，它們沉到底部，”安德森解釋道。 “你可以用這種方式清除水。”
無人駕駛飛機和自主式水下交通工具在紅潮的監測和建模方面也發揮著越來越大的作用。例如，由Mote海洋實驗室操作的“Brevebuster”AUV裝載有光學傳感器，該光學傳感器可以基於其收集的水樣的光吸收特性來識別野外K.brevis的存在。此外，Woods Hole海洋研究所的McLane Labs的Imaging FlowCytobot採用了一種水下流式細胞儀，可自動拍攝，計數甚至識別樣品中收集的細胞種類。
安德森在2012年的論文中寫道：“盡職盡責地追求減少汙染的目標，包括過量的營養素，可以很好地防止某些地方的HAB。” “通過壓載水和水產養殖相關活動對物種引進進行仔細評估和預防也是有效的預防策略。”然而，他承認，這些策略是更長期的解決方案，因為沉積物中過量的營養物質需要時間才能慢慢沖洗掉。
Rein指出了其他一些旨在控制紅潮的研究，包括“使用特定於甲藻的病毒，或者用另一種可能超過K. brevis的浮游植物物種播種花朵。甚至是寄生的甲藻。感染其他甲藻。“
然而，儘管一些研究取得了初步成功，但它們不太可能在不久的將來部署。 “科學家真的，非常警惕修補海洋中微妙的生態平衡，”她繼續道。 “因為你開始這樣做，你最終可能會遇到更糟糕的事情。”
即使我們不能比潮汐本身更能擊敗藻類，也許我們至少可以利用它們。 2004年，佛羅里達州國家環境健康科學研究所的研究人員正致力於開發防禦赤潮藻類產生的刺激性毒素的方法。研究人員想出了一對“抗毒素” - 人造的b-Naphthoyl-brevetoxin化合物和brevenal，由藻類本身產生。
這些抗毒素不僅成功地減輕了眼睛，鼻子和喉嚨中霧化毒素的刺激作用，研究人員還注意到這些化合物的作用方式與目前用於治療囊性纖維化的藥物相同 - - 更有效。
囊性纖維化是白人最常見的致命遺傳疾病。估計有1200萬人攜帶有缺陷的基因，30,000人積極地患有這種疾病，這導致肺部和氣道被粘稠的粘液堵塞，這是細菌的理想滋生地。
“這些化合物是開發治療粘膜纖毛疾病的全新藥物的最佳候選藥物，”國家環境健康科學研究所所長Kenneth Olden博士當時在一份聲明中寫道。
更重要的是，它們在劑量較小的情況下似乎是有效的 - 也就是說，您需要的劑量比目前要求的劑量低100萬倍。 “這些藥物可以改善粘液的清除，它們也可以在沒有副作用的濃度下起作用，”西奈山醫學中心的肺病藥學家，該研究的作者William Abraham博士在同一份聲明中說。
這些毒素也被用於潛在的腫瘤學應用。 “一個人的毒素是下一個人的抗癌藥物，”萊恩打趣道。
無論我們如何決定解決紅潮問題，我們都希望早日做到這一點。到本世紀中葉，地球人口預計將達到90億，並且在下一個世紀初將達到100億。隨著所有這些口吃和渴望熄滅，人類將加速他們對地球海岸線的開發，同時增加他們的農業努力的強度。安德森估計，到了中期，我們需要將食品產量提高30％，以滿足人類的營養需求。至少在短期內，這將通過自由使用化肥來實現，這進一步使減緩紅潮的工作複雜化。
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