Исследователи разработали первую в своем роде комплексную модель, которая имитирует влияние факторов окружающей среды, включая повышение температуры моря и чрезмерный вылов рыбы, на уровни метилртути в рыбе. Исследователи обнаружили, что, хотя регулирование выбросов ртути позволило успешно снизить уровни метилртути в рыбе, резкие скачки температуры заставят эти уровни снова подняться и будут играть важную роль в уровнях содержания метилртути в морской жизни в будущем.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
«Это исследование является крупным достижением в понимании того, как и почему океанические хищники, такие как тунец и рыба-меч, накапливают ртуть», – сказала Элси Сандерленд, профессор химии окружающей среды Гордона Маккея в SEAS и HSPH и старший автор статьи.
«Возможность предсказать будущее уровня ртути в рыбе – это святой Грааль исследований по ртути», – сказала Амина Шартуп, бывший научный сотрудник SEAS и HSPH и первый автор статьи. "На этот вопрос было так сложно ответить, потому что до сих пор у нас не было четкого понимания того, почему уровни метилртути были такими высокими в большой рыбе."
Давно поняли, что метилртуть, тип органической ртути, биоаккумулируется в пищевых сетях, а это означает, что организмы, находящиеся на вершине пищевой цепи, имеют более высокий уровень метилртути, чем те, что находятся в ее нижней части. Но чтобы понять все факторы, влияющие на процесс, нужно понимать, как живут рыбы.
Если у вас когда-либо была золотая рыбка, вы знаете, что рыбы делают две вещи: едят и плавают.
То, что они едят, сколько они едят и сколько они плавают, – все это влияет на то, сколько рыбы с метилртутью будут накапливать в дикой природе.
Начнем с того, что едят рыбы.
Исследователи собрали и проанализировали данные об экосистемах залива Мэн за 30 лет, включая обширный анализ содержимого желудков двух морских хищников, атлантической трески и колючей рыбы с 1970-х по 2000-е годы.
Исследователи обнаружили, что уровни метилртути в треске были на 6-20 процентов ниже в 1970 году, чем в 2000 году. Однако в 1970 г. уровень колючей рыбы был на 33–61% выше, чем в 2000 г., несмотря на то, что он жил в той же экосистеме и занимал аналогичное место в пищевой сети.
Чем объясняются эти различия?
В 1970-х годах в заливе Мэн резко сократилась популяция сельди из-за чрезмерного вылова рыбы. И треска, и колючий морда едят сельдь. Без него каждый обратился к другому заменителю.
Треска ела и другую мелкую рыбу, такую как шады и сардины, в которых мало метилртути. Однако колючая морская собака заменила сельдь пищей с более высоким содержанием метилртути, такой как кальмары и другие головоногие моллюски.
Когда в 2000 году популяция сельди восстановилась, треска вернулась к рациону с более высоким содержанием метилртути, а колючая морская рыба вернулась к рациону с низким содержанием метилртути.
Есть еще один фактор, который влияет на то, что рыба ест: размер рта.
В отличие от людей, рыба не может жевать, поэтому большинство рыб может есть только то, что умещается во рту, целиком. Однако есть несколько исключений.
Рыбы-меч, например, используют свои титульные клювы, чтобы сбивать с ног крупную добычу, чтобы они могли съесть ее без сопротивления. Головоногие моллюски ловят добычу щупальцами и острыми клювами отрывают ей полный рот.
«Всегда существовала проблема моделирования уровней метилртути в таких организмах, как головоногие моллюски и рыбы-меч, потому что они не следуют типичным моделям биоаккумуляции в зависимости от их размера», – сказал Сандерленд. "Их уникальный режим питания означает, что они могут есть более крупную добычу, а это значит, что они едят вещи, в которых биоаккумулировалось больше метилртути.
Мы смогли представить это в нашей модели."
Но то, что ест рыба, – не единственное, что влияет на уровень метилртути.
Когда Шартап разрабатывала модель, у нее были проблемы с расчетом уровней метилртути в тунце, которые являются одними из самых высоких среди всех морских рыб.
Его место на вершине пищевой сети частично объясняет это, но не полностью объясняет, насколько высок его уровень. Шартап решил эту загадку, вдохновившись неожиданным источником: пловец Майкл Фелпс.
«Я смотрел Олимпийские игры, и телекомментаторы говорили о том, что Майкл Фелпс потребляет 12 000 калорий в день во время соревнований», – вспоминает Шартап. "Я подумал, что это в шесть раз больше калорий, чем я потребляю.
Если бы мы были рыбами, он подвергался бы воздействию метилртути в шесть раз больше, чем я."
Оказывается, быстроходные охотники и перелетные рыбы используют намного больше энергии, чем падальщики и другие рыбы, для чего им требуется больше калорий.
"Эти рыбы в стиле Майкла Фелпса едят намного больше для своего размера, но, поскольку они так много плавают, у них нет компенсирующего роста, который уменьшает нагрузку на их тело. Таким образом, вы можете смоделировать это как функцию ", – сказал Шартап.
Другой фактор, который играет важную роль, – температура воды; по мере того, как вода становится теплее, рыба тратит больше энергии на плавание, что требует больше калорий.
Залив Мэн – один из самых быстро нагревающихся водоемов в мире.
Исследователи обнаружили, что в период с 2012 по 2017 год уровни метилртути в атлантическом синем тунце увеличились на 3 раза.5 процентов в год, несмотря на сокращение выбросов ртути.
Основываясь на своей модели, исследователи предсказывают, что повышение температуры морской воды на 1 градус Цельсия по сравнению с 2000 годом приведет к увеличению содержания метилртути в треске на 32 процента и к увеличению на 70 процентов у колючей морской рыбы.
Модель позволяет исследователям моделировать сразу разные сценарии.
Например:
Повышение температуры морской воды на 1 градус и снижение выбросов ртути на 20 процентов приводит к увеличению содержания метилртути на 10 процентов в треске и на 20 процентов в колючей собачьей рыбе.
Повышение температуры морской воды на 1 градус и сокращение популяции сельди приводят к 10-процентному снижению уровня метилртути в треске и увеличению на 70 процентов в колючих морях.
Снижение выбросов на 20 процентов без изменения температуры морской воды снижает уровень метилртути как в треске, так и в колючей собачьей рыбе на 20 процентов.
«Эта модель позволяет нам рассматривать все эти различные параметры одновременно, как это происходит в реальном мире», – сказал Шартуп.
«Мы показали, что преимущества сокращения выбросов ртути сохраняются независимо от того, что еще происходит в экосистеме. Но если мы хотим сохранить тенденцию к сокращению воздействия метилртути в будущем, нам нужен двусторонний подход », – сказал Сандерленд. «Изменение климата усугубит воздействие метилртути на человека через морепродукты, поэтому для защиты экосистем и здоровья человека нам необходимо регулировать как выбросы ртути, так и парниковые газы."