Fødevarevæv bestemmer skæbnen for kviksølvforurening i Colorado-floden, Grand Canyon

I Grand Canyon rækkevidde af Colorado-floden, to arter spiller en overordnet rolle i kviksølvs skæbne i det akvatiske økosystem, og deres antal ændres af oversvømmelser. Det rapporterer ny forskning, udgivet i Videnskab fremskridt , det er blandt de første til at forene økotoksikologi og økosystemøkologi for at spore, hvordan kviksølv strømmer gennem akvatiske fødevæv og derefter spredes til land.

Kviksølv er et miljøforurenende stof, der forekommer i økosystemer globalt. I sin organiske form, det er et potent neurotoksin, der kan skade mennesker og dyreliv. Kviksølvakkumulering i dyr, og hvordan det forstørres langs fødekæderne, er velundersøgt. Mindre velforstået er de veje, kviksølv tager gennem fødenettet for at nå toprovdyr, såsom fisk og fugle, og hvordan disse veje kan ændre sig efter store økosystemforstyrrelser, såsom oversvømmelser.

Emma Rosi er akvatisk økolog ved Cary Institute of Ecosystem Studies og medforfatter på papiret. Hun forklarer, "Ved at kombinere data om kviksølvkoncentrationer i vandlevende liv med velundersøgte fødevæv, vi var i stand til at afsløre, hvordan kviksølv bevæger sig gennem et økosystem. Vi fandt ud af, at oversvømmelser og en invasiv art begge påvirkede strømmen af ​​denne forurening af global bekymring."

Egenskaberne ved organismer, der lever i et økosystem - deres fysiologi, hvad de spiser, og hvad der spiser dem – bestemme forurenings bevægelse og eksponering. Disse faktorer er sjældent blevet inkluderet i modeller for forureningsflux og skæbne. "Parring af forurenende koncentrationer og meget detaljerede fødevæv har potentialet til at forbedre håndteringen af ​​forurenende stoffer i økosystemer, " noterer Rosi.

For at studere disse veje, forskerholdet udviklede kviksølvbaserede fødenet til seks steder, der spænder over 225 miles fra Colorado-floden, strækker sig nedstrøms fra Glen Canyon Dam i Grand Canyon National Park. Fødevarewebprøvetagning fandt sted sæsonmæssigt over to år. På hvert sted, de målte alger, hvirvelløse dyr, og fisk for at bestemme, hvem der spiste hvad - og hvad det betød for kviksølveksponering på hvert niveau af fødenettet.

Insekter (sortfluer og myg) og invasive newzealandske muddersnegle var de dominerende hvirvelløse dyr i floden. Disse dyr spiller en afgørende rolle i at flytte energi og forurenende stoffer fra bunden af ​​fødenettet til fiskerovdyr i toppen. Fisk inkluderede indfødt Bluehead Sucker, Flannelmouth Sucker, Spættede Dace, og Humpback Chub, samt ikke-hjemmehørende arter som almindelig karpe, Fathead Minnow, og regnbueørred.

Maveindholdet hos hvirvelløse dyr og fisk blev vurderet for at identificere, hvad de spiste og i hvilke mængder. alger, detritus, og dyr blev analyseret for kviksølvkoncentrationer og, kombineret med kostdata, holdet estimerede mængden af ​​kviksølv, som dyrene spiste i løbet af året.

Madnettets kompleksitet varierede på tværs af undersøgelsesstederne. Lige under Glen Canyon Dam, fødevæv var enkle med få arter og fødenetforbindelser. Længere nedstrøms, fødevæv havde højere artsdiversitet og flere forbindelser. På tværs af studiestederne, uanset fødenettets kompleksitet, relativt få arter var nøglespillere i bevægelsen af ​​kviksølv.

Alger og bittesmå partikler af detritus var kilden til 80% af kviksølv, der strømmede til hvirvelløse dyr. På steder tættest på dæmningen, invasive muddersnegle dominerede fødenettene. Ørred var den eneste fisk i denne del af floden, og de er ude af stand til at fordøje muddersnegle. Kviksølv ophobet af sneglene bevægede sig ikke op i fødekæden. Fordi sneglene er helt vandlevende, kviksølv cyklede tilbage i flodens skadelige fødenet, da de døde.

Sortfluelarver var kilden til 56-80% af kviksølvet, der strømmede til fisk. Sortfluer er foretrukne bytte for fisk, såsom regnbueørred, og sortfluer havde højere kviksølvforurening sammenlignet med andre hvirvelløse dyr. Sortfluer, der undslipper prædation og dukker op fra floden, mens flyvende voksne flytter kviksølv fra floden til land. Dette kan afsløre terrestriske rovdyr, såsom fugle og flagermus, til kviksølv, der startede ude i floden.

Mængden af ​​kviksølv, som sortfluer flyttede til land, var afhængig af antallet af sultne fisk i nogen del af floden. På nogle steder, fisk spiste næsten 100% af sortfluelarverne, efterlader få tilbage at dukke op. På andre steder, der var meget flere sortfluer, end fiskene kunne spise. Da disse sorte fluer dukkede op som voksne, kviksølvet inde i dem tog en tur til jordbaserede fødenet langs floden.

Et år efter prøveudtagning, undersøgelsesstederne blev oversvømmet som en del af en planlagt dæmning. Holdet var i stand til at udforske virkningerne af oversvømmelsen på kviksølvbevægelsen i fødenettene. På steder nær dæmningen, oversvømmelsen skyllede et stort antal newzealandske muddersnegle væk og førte til et boom i sortfluebestande. Med stigningen i sortfluer, mere kviksølv flød til ørreden. Fordi ørreder slugte næsten alle sortfluerne i deres larveform, meget lidt af det kviksølv, der var ophobet i disse rigelige insekter, blev transporteret til land af de flyvende voksne.

Rosi forklarer, "Ændringer i dyrepopulationerne i et økosystem vil påvirke, hvordan kviksølv bevæger sig gennem et fødenet. Dette var især tydeligt på steder, hvor oversvømmelser ændrede andelen af ​​sortfluer i forhold til fisk. Oversvømmelser ændrede dramatisk kviksølvvejene i det simple halevandsfødevæv nær dæmningen , men ikke i de mere komplekse fødenet nedstrøms."

"Invasive arter og dæmninger er almindelige i floder globalt, og begge faktorer var på spil i Colorado-flodens rækkevidde til Grand Canyon, " siger Rosi. "Vi fandt ud af, at oversvømmelser ændrede de arter, der var til stede på vores undersøgelsessteder, og kviksølvstrømmen ændrede sig med disse skift."

"Forståelse af de faktorer, der styrer bevægelsen af ​​kviksølv gennem fødevæv, kan hjælpe ressourceforvaltere med at beskytte økosystemer, der er modtagelige for kviksølvforurening, " siger David Walters, USGS videnskabsmand og co-lead forfatter af undersøgelsen.

Rosi konkluderer, "Dette studie er spændende, fordi det kaster lys over den dybde af forståelse, vi kan opnå, når vi fusionerer økologisk og økotoksikologisk tænkning. Artstræk, dyrepopulationer, rovdyr-bytte-interaktioner, og forstyrrelser kan alle påvirke bevægelsen af ​​forurenende stoffer i miljøet. At forstå det komplekse samspil mellem disse faktorer kan forbedre risikostyringen af ​​dyreeksponeringer i miljøet."