Ртуть, завантажена в шерсть тюленів північних слонів, впливає на прибережну морську воду, що оточує лежбище

Відредаговано Франсуа М. М. Морелем, Прінстонський університет, Прінстон, Нью-Джерсі, та затверджено 4 серпня 2015 р. (Надійшло на огляд 2 квітня 2015 р.)

ртуть

Значимість

Ртуть - потужний нейротоксин, який накопичується в харчових мережах, створюючи глобальну загрозу здоров’ю навколишнього середовища. Морські ссавці - поширені сторожові види для вивчення забруднення моря; однак, їх потенційна роль переносників забруднюючих речовин для місцевих екосистем рідко розглядається. Кількісно визначивши концентрацію та хімічну форму ртуті в морській воді, ураженій колонізацією північного слонського тюленя (Mirounga angustirostris), ми показали тут, що поведінкова екологія морських ссавців може суттєво вплинути на кругообіг прибережної ртуті. Підвищений рівень метилртуті (MeHg) у морській воді, що прилягає до лежбища під час сезону линьки, може стати біодоступним до нижчих трофічних рівнів, що вказує на те, що великі скупчення морських ссавців є важливим джерелом MeHg для прибережних харчових ланцюгів та прибережного морського рибальства, тим самим загрожуючи здоров'ю екосистеми.

Анотація

Метилртуть (MeHg) є потужним нейротоксином, який біомагніфікується приблизно у 1–10 мільйонів разів у водних хижих тварин, таких як тюлень північного слона (Mirounga angustirostris), екскременти якого та розплавлений пелаж, у свою чергу, є джерелом забруднення навколишнім середовищем база морських харчових ланцюгів. Потенціал цього забруднення зверху вниз найбільший у прибережних районах з продуктивними морськими екосистемами, які забезпечують ідеальне середовище існування для великих колоній морських ссавців, які можуть нараховувати тисячі. Про таку переробку MeHg було засвідчено порівнянням концентрацій загальної ртуті (HgT) та MeHg у морській воді та HgT у виплавленому пелазі M. angustirostris, у ландшафті державного заповідника Аньо Нуево із концентраціями на сусідніх прибережних ділянках у Центральній Каліфорнії. Концентрації MeHg у морській воді навколо лежбища (в середньому = 2,5 пМ) були помітно вищими, ніж у прибережних місцях порівняння (в середньому = 0,30 пМ), і досягали 9,5 пМ під час сезону линьки M. angustirostris. Як наслідок, екскременти та линьки з цієї колонії морських ссавців та, мабуть, інших популяцій морських хижаків, є основним джерелом MeHg в основі місцевого морського харчового ланцюга.

Антропогенні викиди збільшили відкладення глобальної атмосферної ртуті (Hg) в океанах у три-п’ять разів з доіндустріальних часів (1, 2). Хоча понад 95% промислових та природних ресурсів є неорганічними формами Hg [наприклад, Hg (0) та Hg (II)], невелика частка неорганічного Hg перетворюється за допомогою мікробної активності в метилртуть (MeHg), органічний нейротоксин, який легко накопичується в морських організмах і біоумножується в харчових ланцюгах (3 ⇓ –5). Як результат, концентрація MeHg у високотрофічних хижаків (тобто рибоїдних риб, птахів та морських ссавців) може досягати рівнів, які є для них фізіологічно шкідливими та становлять загрозу здоров'ю людини (6, 7).

Приморські місця відбору проб морської води. (A) Місце розташування Аньо Нуево та місця порівняння вздовж узбережжя Центральної Каліфорнії. (B) Детальна карта, що відображає станції відбору проб на південному кінці материкової плотви Ано Нуево під час сезону линьки тюленів північних слонів (M1 – M6) та сезону розмноження 2013 (B1 – B6), а також пляж Коув-Біч Аньо Місце відбору проб у Державному заповіднику Нуево.

Метою цього дослідження було перевірити фундаментальну гіпотезу забруднення Hg зверху вниз, порівнюючи загальні концентрації Hg (HgT) і MeHg у прибережній морській воді на материковій північній ландшафті тюленів слонів на пляжі Año Nuevo South та морській воді з місць порівняння, які не уражені великими популяціями морських ссавців (рис. 1). Окрім цього, линяний пелаж північного слона аналізували на вміст HgT, щоб визначити, чи представляє відшарований шкірний покрив потенційне джерело Hg для місцевої екосистеми.

Результати

Ми не виявили помітно підвищених концентрацій морської води HgT в Аньо Нуево (проби у травні 2012 р. Та лютому 2013 р.) Порівняно з прилеглими прибережними ділянками, в яких не було великих популяцій морських ссавців (вибірки зроблені у квітні 2012 р .; Таблиця 1 та Рис. 2B). Загальна концентрація ртуті у поверхневій морській воді, зібраній із звукового кінця материкової гніздової плоти Аньо Нуево, куди вивозили більшість тюленів північних слонів, становила від 3,1 до 34,0 мкм і була порівнянна в сезони розмноження та линьки (рис. 2Б). . Цей діапазон був подібний до концентрацій, що спостерігались у місцях порівняння (9,2–41,7 мкм), де найвище значення HgT було у річки Сан-Лоренцо, яка проходить через місто Санта-Крус.

Концентрація HgT та MeHg у нефільтрованій прибережній морській воді та в литому пелажі північного слона

MeHg та HgT у прибережних нефільтрованих зразках морської води. (A) Концентрації MeHg для материкової лежбища Аньо Нуево протягом сезону линьки 2012 (M1 – M6), сезону розмноження 2013 (B1 – B6) та місць порівняння в Центральній Каліфорнії. (B) Концентрації HgT для лежбища протягом сезону линьки 2012, сезону розмноження 2013 та місць порівняння в Центральній Каліфорнії. Смуги помилок (± 1 SD) свідчать про те, що зразок аналізували принаймні тричі. HgT для B5 (1650 pM) вважався забрудненим і не відображається.

На відміну від концентрацій HgT в Аньо Нуево, які не змінювались сезонно, спостерігались помітні коливання концентрацій MeHg у прибережній морській воді у лежбищі Аньо Нуево протягом сезону линьки (0,28–9,5 мкм) порівняно з періодом розмноження (0,39–0,83 пМ).; Таблиця 1 та Рис. 2А). Крім того, концентрації MeHg у лежбищі були значно вищими протягом обох сезонів, ніж концентрації в місцях порівняння (P -1 сухих мас. (Табл. 1). Ці значення порівнянні з раніше повідомленими концентраціями Hg у волосах тихоокеанських морських тюленів ( 2,96–144,31 мкг⋅г −1 сухих мас.) (11), каліфорнійські морські леви (6,55–139 мкг⋅г −1 сухих мас.) (12), австралійські морські котики (9,59 мкг⋅г −1 сухі мас.) (13) та південних морських левів (19,16 мкггг--1 сухих мас.) (14). Ми припускаємо, що переважна більшість HgT у виплавленому пелажі є органічним Hg (наприклад, MeHg), на основі попередніх досліджень, що визначив, що на MeHg припадає понад 80% (мас./мас.) HgT як у хутрі кажана (15), так і в людському волоссі (16, 17).

Обговорення

На відміну від початкової гіпотези, що концентрація всіх видів Hg, що вимірюються (тобто HgT і MeHg) у морській воді, що прилягає до лежбища, буде підвищеною, не спостерігається явного збільшення HgT у морській воді в Аньо Нуево (3,1–34,0 pM) порівняно з прибережні води, відібрані на ділянках, не колонізованих великими популяціями морських ссавців (9,2–41,7 мкм). Діапазон концентрацій HgT для всіх трьох подій відбору проб був порівнянним із раніше повідомленими концентраціями HgT для лиману затоки Сан-Франциско (0,73–440 pM) (18), що широко визнано завдяки значній кількості історичних та постійних джерел промислового Hg, що вказує на те, що всі місця відбору проб у цьому дослідженні були відносно збагаченими Hg.

І навпаки, підвищені концентрації MeHg у морській воді навколо лежбища щодо інших прибережних ділянок були значними. Північні слони швидко тюленять протягом усього часу свого перебування в Аньо Нуево; таким чином, органічні надходження ртуті з фекаліями M. angustirostris вважалися незначними протягом усього року (19). Отже, приблизно двократне збагачення MeHg морською водою в Аньо Нуево під час сезону розмноження тюленів слонів було, мабуть, результатом високих концентрацій Hg у фекаліях, що виділяються тисячами інших ластоногих і морських птахів, що населяють острів Аньо Нуево, який лежить поруч з ландшафт тюленя слона материка через 500-метровий канал (рис. 1Б) (20). Встановлено, що MeHg становить 45% (мас./Мас.) Hg у гуано морських птахів, що має середню концентрацію HgT 0,11 мкг г -1 сухих мас. (21). Як зазначалося раніше, екскременти каліфорнійських морських левів мають ∼0,80 µg⋅g −1 HgT сухої маси. (8), значний відсоток якого вважається MeHg (22). Імовірно, також було значне надходження Hg у прибережні води внаслідок деградації линялого лануго або натального покриву, пролитого новонародженими цуценятами слонів, яких у Аньо Нуево у 2010 році було більше 1700 (20). Встановлено, що у північного тюленя слона lanugo міститься середня концентрація HgT 19,0 мкг⋅г −1 вологих мас. (23).

Ще більше (∼17-кратне) збагачення MeHg у морській воді в Аньо Нуево під час сезону линьки M. angustirostris (0,28–9,5 pM) було надзвичайним і перевищило діапазон концентрацій MeHg у поверхневих водах, що спостерігався у сильно урбанізованому лимані Сан-Франциско (-1 суха маса), яка, імовірно, містила> 80% (мас./Мас.) MeHg (15 ⇓ –17). Якщо припустити, що середня маса литого покриву, вилученого з 400-кілограмового тюленя слона, становить ~ 13,5 кг (24), 4000 дорослих тюленів, які були присутні на коктейлі Аньо Нуево в 2010 році (20), скинули, за оцінками, 54 000 кг пелажу. Це дорівнює річному коефіцієнту викидів на душу населення 0,05 г MeHg на дорослого тюленя слона. На підставі цієї оцінки ми підраховуємо, що протягом цього сезону линьки в прибережне середовище Аньо Нуево потрапило 0,2 кг органічного Hg. Щоб розглянути цю кількість в перспективі, затока Сан-Франциско займає,1001 100 км 2, витікає 40% штату Каліфорнія (26, 27) і отримує, за оцінками, щорічне навантаження 8,0 кг Мегагрт від зовнішніх джерел, таких як річки та точкові джерела скиди (25). І навпаки, Державний морський заповідник Аньо Нуево займає лише 26,4 км 2 (28), що вказує на те, що величина щорічних надходжень колонізації ластоногих становить відповідне, раніше не враховане джерело MeHg до цього морського заповідника.

Ілюстрація перетворення неорганічної ртуті [Hg (II)] в MeHg за допомогою анаеробних бактерій, біозбільшення MeHg на послідовних морських трофічних рівнях, а потім повторне введення MeHg до основи харчового ланцюга через забруднення зверху вниз. Зображення надано Лабораторією екологічних молекулярних наук (EMSL), користувальницькою установою Управління енергетики Міністерства енергетики в Північно-західній національній лабораторії Тихого океану (анаеробні бактерії); Річард Р. Кірбі, проект Secchi Disk (фітопланктон); Марія Грація Маццоккі, Stazione Zoologica Антон Дорн, Італія (зоопланктон); та FishWatch, Національне управління океану та атмосфери (здобич риби).

Матеріали і методи

Подяка

Ми вдячні Анджалі Кумар (MIT) за допомогу в кількісному визначенні концентрацій HgT у зразках линьки, Карлу Ламборгу за внесок у рукопис та членам лабораторії WIGS (особливо Джеремі Мерклінг) за аналітичну та польову допомогу. Ми також дякуємо Лабораторії пізнання та сенсорних систем, Каліфорнійському департаменту парків та відпочинку та природному заповіднику Каліфорнійського університету молодшої лагуни за надання доступу до наших місць відбору проб. Наш рукопис отримав велику користь від уважного вступу анонімних рецензентів, і ми цінуємо їхній час. Цей проект був підтриманий за рахунок фінансування Коледжу Стівенсона (Каліфорнійський університет, Санта-Крус), Океанографічного та морського біологічного фонду доктора Графа Х. Майєрса з Пляжу Пеббл-Біч та Фонду Роберта і Патріції Світцер. Дозвіл на вибірку для проведення наших польових робіт було видано P.M.G.

Виноски

  • ↵ 1 Кому слід адресувати листування. Електронна адреса: jennboonrohan.sdsu.edu .