For selen i floder, timing betyder noget

Selenforurening af ferskvandsøkosystemer er et vedvarende miljømæssigt sundhedsproblem rundt om i verden. Et naturligt forekommende sporstof, selenniveauer er høje i nogle geologiske formationer som sedimentære skifre, der danner meget af grundfjeldet i det vestlige USA. Jord afledt af denne grundfjeld, og forvitring af skiferfremspring, kan bidrage med høje niveauer af selen til omkringliggende vandskel.

Ny forskning ude i denne uge Miljøvidenskab og -teknologi fra UConn Adjunkt i naturressourcer og miljø Jessica Brandt sammen med Travis Schmidt og kolleger ved United States Geological Survey (USGS) undersøger nogle af kompleksiteten af ​​selen, og hvordan det bevæger sig gennem økosystemet under afstrømningshændelser og som et resultat af sæsonbestemt kunstvanding af selenberiget jord.

Forskningen fokuserede på Lower Gunnison River Basin i Colorado, et område påvirket af selenberiget grundfjeld kendt som Upper Cretacous Mancos Shale, og udpeget kritisk habitat for den truede razorback sucker (Xyrauchen texanus) og Colorado pikeminnow (Ptychocheilus lucius). Mellem juni 2015 og oktober 2016, forskerholdet prøvede vand og dyreliv på tværs af seks prøveudtagningsture og langs 60 flodmile mellem Austin og Grand Junction, CO.

Brandt forklarer, at fokus i undersøgelsen var på timingen af ​​selens bevægelse gennem flodens fødevæv. Partikler, herunder alger, optager selen fra vandet i bunden af ​​fødenettet. Hvirvelløse dyr og nogle små fisk lever direkte af det partikelformige materiale, og større fisk spiser så hvirvelløse dyr og mindre fisk.

"Selen er et vigtigt mikronæringsstof erhvervet gennem kosten, men overdreven eksponering truer sundheden for æglæggende dyr, herunder fisk og vandfugle. Oven i købet, tidspunktet for eksponering har betydning. For eksempel, for meget selen som et embryo er særligt bekymrende, fordi det hæmmer udviklingen og reducerer chancerne for udklækning og overlevelse til voksenlivsstadier. Vi ville gerne vide hvornår, i løbet af året, udsættes fisk for de højeste koncentrationer af selen i fødenettet? Falder disse perioder sammen med vinduer for reproduktion og tidlig udvikling? Er de på linje med perioder med øget mobilisering af selen til floden?"

For det meste, svarene på disse spørgsmål var ja. Selenkoncentrationer nåede deres højeste koncentrationer i fiskebytte i april og august 2016, når selen pulseres ind i floden fra snesmeltning og under kunstvanding af landbrugsmarker. Ved at modellere fiskekoncentrationer ud fra selenniveauer lavere i fødenettet, Brandt og samarbejdspartnere forudsagde, at selenniveauer i hele kroppen var højest i løbet af foråret og sommeren. I disse perioder, æg modnes hos voksne fisk før gydning, og årets unge fisk oplever udviklingsstadier, der er modtagelige for høje seleneksponeringer.

Brandt forklarer, at undersøgelsen er vigtig på grund af dens fokus på et hurtigtstrømmende vandsystem. De fleste casestudier af vandområder forurenet med selen handler om søer og reservoirer, hvor selen når høje koncentrationer i fisk og fugle efter at have bevæget sig gennem sediment-detritalvejen. Fordi vandet bevæger sig langsommere i disse systemer, selen har større mulighed for at akkumulere i bunden af ​​fødenettet. I floder, på den anden side, det menes, at det meste af det selen, der mobiliseres i perioder med høj strømning, vil blive skyllet nedstrøms, før det kan akkumulere lokalt,

"Vi observerede, at grønne alger kan optage selen ret hurtigt i perioder med høj mobilisering, sandsynligvis fra vandsøjlen direkte. En fremadrettet hypotese er, at algeoptagelsesveje for selens indtrængning til akvatiske fødevæv, snarere end sediment-detritale veje, kan dominere i floder og vandløb. Denne undersøgelse indikerer, at vi skal bruge mere tid på at tænke på selenrisici i floder."

Brandt siger, at denne forskning har konsekvenser for forvaltningen af ​​selenprøvetagning i floder. For eksempel, fiskeprøver sker typisk om efteråret, når resultaterne af denne undersøgelse tyder på, at selenkoncentrationen i fisk kan være på det laveste. Selv stadig, de målte koncentrationer var høje,

"Vi prøvede plettet dace og roundtail chub i oktober 2015 og 2016, siger Brandt, "Selenkoncentrationer i hele kroppen i mere end 90 % af disse fisk var langt over fire ppm, hvilket er en tærskel, der understøttes af forskning, der viser negative sundhedseffekter som reduceret vækst og overlevelse. Fordi floden er levested for indfødte truede arter, opretholdelse af fiskesundhed er en prioritet."

Selenniveauer i Lower Gunnison River Basin har været en bekymring i flere årtier nu, og Brandt forklarer, at den igangværende oprydningsindsats i Gunnison har reduceret niveauerne med 43 % siden 1986. Men måske kan der gøres mere for at styrke disse bestræbelser yderligere.

"Behøver vi at nærme os selenvurderinger i forringede floder på en anden måde? Nå, vi ser fra dette arbejde, at selenkoncentrationerne i fødenettet er høje selv med fald i vandkoncentrationerne over de sidste tredive år. Dette fremhæver, at fødenettet er den primære drivkraft for seleneksponering og potentiel toksicitetsrisiko. Hyppigere overvågning af fødenettets selen i dette system vil give os den bedste information om, hvordan vi håndterer selen for at opfylde fiskebevarelsesmålene."

Problemet med selen i æg

Brandt forklarer, at den fulde mekanisme for selentoksicitet stadig ikke er fuldstændig forstået, og der er sandsynligvis flere måder, hvorpå det kompromitterer et dyrs sundhed. Den tidlige hypotese var, at selensubstitution for svovl i aminosyrer, som er byggestenene til proteiner, og forårsagede forkert proteinfunktion. Vi ved nu, at selenmetabolisme også forårsager oxidativt stress. På den ene eller anden måde, selen er et teratogent, hvilket betyder, at det ved visse eksponeringsniveauer kan forårsage deformiteter.

Med deformitetsfremkaldende forurenende stoffer, tidspunktet for eksponering i løbet af en organismes livscyklus er kritisk, fordi specifikke perioder er mere følsomme over for høje selenkoncentrationer. Brandt siger, at overskydende seleneksponering især er bekymrende for æglæggende dyr som fugle eller fisk, fordi svovlrige proteiner, der til sidst bliver til blommeproteiner, dannes i leveren på den voksne hun før gydning. Hvis voksne hunner udsættes for høje selenniveauer i deres kost, en høj grad af selensubstitution for svovl i disse prækursorblommeproteiner vil oversætte til høje niveauer af seleneksponering for embryoerne. Denne eksponering i det tidlige liv kan forårsage deformiteter og dødelighed. På befolkningsskalaen, dårlig overlevelse af unge fisk og fugle kan få populationer til at styrte ned,

"Vi så dette i et dramatisk omfang i Belews Lake (North Carolina) og Kesterson Reservoir i Californien i løbet af 1970'erne og 1980'erne og har arbejdet på at forhindre lignende konsekvenser i andre økosystemer lige siden."