Ett team av forskare från Texas A&M University och andra institutioner har gjort en överraskande upptäckt om stigande kvicksilvernivåer i Stellers sjölejonsungar som kan ha skadliga effekter på den hotade arten.
Teamets decennielånga ansträngning att studera kvicksilver i Stellers sjölejon på Aleuterna – remsan av öar som sträcker sig mellan Ryssland och Alaska och som skiljer Beringshavet och Stilla havet – har avslöjat att antalet ungar som föds med potentiellt farliga nivåer av kvicksilver i deras blod och päls ökade med mer än 50 % från 2011 till 2018 innan de planade ut 2019.
Kvicksilver - en "tungmetall", icke-essentiellt element - kan vara giftigt för vissa djur, inklusive människor, vid höga koncentrationer. Olika former av kvicksilver kan införas i miljön via utsläpp från mänsklig verksamhet; det kan också introduceras naturligt genom seismisk aktivitet (som vulkaner) och smältande permafrost, vilket gör det svårare att lokalisera orsaken till dess ökning i näringsväven.
Innan han började på Texas A&M-fakulteten som professor i veterinärtoxikologi vid School of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences (VMBS), var Dr. Todd O'Hara en toxikolog i Alaska som genomförde studier om huruvida kvicksilvernivåerna var säkra i havet och näringsväv.
"Även om våra fynd inte har indikerat ett omedelbart hot mot människor via vad vi äter från denna del av havet, har de väckt frågor om hur kvicksilver och andra element kan fortsätta att förändras i vissa av de fiskar vi äter nu när havstemperaturen stiger. trender fortsätter", sa O'Hara
Nivåerna av kvicksilver som hittades i valparna i ett till stor del avlägset område ledde till att teamet utökade sina forskningsansträngningar för att leta efter orsaken och att undersöka förändringar i andra element i Stellers sjölejonpopulationer.
Teamet försöker avgöra om det finns ett samband mellan högre kvicksilvernivåer hos sjölejonungar och befolkningsminskning.
Stellersjölejon lades till på listan över utrotningshotade arter på 1990-talet, men deras populationer började återhämta sig i vissa delar av Aleutian Islands i början av 2000-talet, och den östliga distinkta populationen avnoterades 2013.
För att upptäcka varför vissa grupper förblev på tillbakagång, samarbetade forskare med National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) och kommersiellt fiske via Ocean Peace Inc. för att samla information om de olika populationerna från nybörjare där valpar och deras byten studeras.
"När vi startade den här forskningen i sydöstra Alaska hittade vi väldigt få ungar med alarmerande kvicksilvernivåer", säger Dr. Lorrie Rea, en forskningsprofessor vid University of Alaska Fairbanks (UAF) som spelar en betydande roll i lagets Steller hav. lejonforskningsprogram.
"När vi väl kom till de västra aleutiska öarna hittade vi ungar med kvicksilverkoncentrationer som var tre till fyra gånger högre än den högsta vi såg i andra regioner. När vi rörde oss mot Ryssland längs kedjan av aleuterna sjönk koncentrationerna igen, så det är nästan som en klockformad kurva."
Forskarna hade upptäckt en region med högre kvicksilverkoncentrationer i Stellers sjölejonsungar längs denna ökedja.
Forskarna fann också att bland befolkningarna i de olika regionerna på Aleuterna överlappade de med högre kvicksilvernivåer de befolkningar som fortfarande kämpar för att återhämta sig. Detta fick teamet att undersöka ökningar av kvicksilver som en möjlig bidragande orsak till sjölejonets brist på återhämtning av populationen.
Teamet hittade ett samband mellan Stellers sjölejonsvalpar med höga kvicksilvernivåer och vissa sorters fisk i deras mödrars dieter.
O'Hara sa att det största problemet är överföringen av kvicksilver till fostret, vilket är känsligt för negativa effekter.
"Micksilver är känt för att negativt påverka immunhälsan hos människor, och en av Todds doktorander, Stephanie Kennedy, fastställde att det har en liknande effekt på djur som Stellers sjölejon," sa Rea.
Kvicksilvernivåer kan också påverka kroppens förmåga att lösa oxidativ stress, vilket skadar den allmänna hälsan genom att hålla antioxidantnivåerna relativt låga och orsaka vävnadsnedbrytning över tiden. Därför beslutade teamet att inkludera många viktiga element, som selen, i forskningsansträngningen.
"Oxidativ stress är särskilt viktigt för dykande däggdjur som sjölejon eftersom de går igenom långa andetag när de går för att föda eller jaga fisk," sa Rea. "Ju längre andetag som håller kvar använder mycket syre, så att ha denna förmåga att motverka oxidativ stress är viktigt för deras vardagliga födosök."
O'Hara sa att många selenberoende processer är kända för att vara involverade i detta skydd och även spelar en roll för att skydda mot kvicksilvertoxicos eller förgiftning.
Efter att ha upptäckt skillnader i kvicksilvernivåer mellan Stellers sjölejonpopulationer på olika ställen längs Aleuterna, gav sig teamet ut för att avgöra om andra element också varierade hos valpar.
Teamet arbetade med Dr Daniela "Hanny" Alejandra Murillo Cisneros, en postdoktorand forskare vid Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste i La Paz, huvudstaden Baja California Sur, Mexiko.
Cisneros är huvudförfattare till ett nyligen inlämnat manuskript som rapporterar om dessa element i Stellers sjölejon. Hon upptäckte skillnader i många beståndsdelar i hår och blod hos Stellers sjölejonsvalpar bland populationer över regionerna på Aleuterna. I hår var alla 12 grundämnen som mättes olika efter region, förutom zink, baserat på en distinkt oceanografisk egenskap, Amchitka Pass.
Hennes upptäckt visade att populationernas geografiska lägen spelar en betydande roll i Stellers sjölejons exponering för både icke-essentiella element, som är potentiellt giftiga, och väsentliga element, som krävs för god hälsa. Därför måste utredarna överväga brister hos väsentliga element och inte bara de som kan vara skadliga eller giftiga.
"Du är vad du äter, och den här forskningen återspeglar det," sa Cisneros. "Vad vi fann är att det finns betydande kemiska sammansättningsskillnader i matkällorna som finns tillgängliga i var och en av dessa regioner, och dessa skillnader återspeglas i Stellers sjölejonpopulationer. Vi tittar mycket noga på byten nu, och några av de bytesarter är viktig mat för människor."
Cisneros elementära upptäckter ger också bevis på att det oceaniska Amchitka-passet – beläget nära centrum av Aleuterna där den tidigare nämnda "klockformade kurvan" spikar i kvicksilvernivåerna i Stellers sjölejonvalpar – fungerar som en barriär under havets yta. verkar driva den varierande kemiska sammansättningen av Stellers sjölejon öster och väster om passet.
"Vi kan inte visuellt se några av barriärerna eller splittringarna i havet eftersom de är så djupa och de är så komplicerade," sa O'Hara. "Baserat på våra studier i fiskar och Stellersjölejon visar vi att detta enkla pass har delat havet biologiskt, fysiskt och kemiskt."
Fisk i livsmedelsbutiker runt om i världen kommer från samma vatten som Stellers sjölejon söker i, vilket gör det viktigt för människor att vara mycket uppmärksam på kvicksilver och andra element i Stellers sjölejons diet. Teamet betraktar sjölejonet som en miljövakt.
Tack och lov hjälper fiskeindustrin forskargrupper att studera kvicksilvernivåer genom att donera fisk till akademisk forskning och ekonomiskt stöd för spårämnesanalysen som utförs vid VMBS. Hittills har kommersiellt fiske donerat cirka 1 500 fiskar från regionen Aleutian Islands.
"Alla som arbetar med att hitta de här svaren, från forskaren till NOAA till fiskaren som donerar fisk, vi vill alla ha vetenskapsbaserat beslutsfattande," sa O'Hara.
Tack vare stödet från fiskeindustrin har forskarna kunnat testa den donerade fisken för dietmarkörer, kvicksilver och spårämnen som selen.
"Det som är bra för människors hälsa är att av de 1 500 fiskarna hittade vi bara cirka 13 som hade kvicksilverkoncentrationer som var över de nivåer som rekommenderas för mänsklig konsumtion, och de flesta av de 13 var gula irländska lord, vilket är en taggig fisk som inte är typiskt ingår i fisk som säljs till människor," sa Rea.
Forskarna betonar att de inte drar några slutsatser om vad som orsakar de stigande kvicksilverhalterna eller den avstannade sjölejonpopulationens återhämtning på vissa öar.
"Det är viktigt att notera att dessa fynd hittills bevisar korrelation, eller att dessa saker hände samtidigt, inte orsakssamband, vilket skulle innebära att den ena händelsen orsakade den andra," sa O'Hara.
När forskargruppen fortsätter sitt arbete på Aleuterna sa O'Hara, Rea och Cisneros att de är tacksamma för det samarbetsvilliga arbetet som toxikologer.
"Sådana upptäckter och den fortsatta jakten på svar tar verkligen en by", sa Rea. "Denna forskning samlar akademiker från hela världen som bidrar med flera perspektiv samt stöd från olika industrier och byråer med ett egenintresse av vad vi hittar."
Teamen lär sig av varandra över gränsen för att avgöra vilka som är de bästa metoderna för att förstå spårämnen i Stilla havet och förändringar i havets temperatur och pH.
O'Hara sa att detta arbete belyser det faktum att hur människor påverkar havet har många potentiella effekter som inte är intuitivt uppenbara, och förändringar i kvicksilvernivåer i havets liv kan drivas av många faktorer.
"Vi hittar svar i enskilda projekt, men de samlas som pusselbitar för att bygga en större bild," sa Rea. "Vi kommer inte att helt förstå vad som händer med Stellers sjölejon förrän vi förstår vad som händer med deras miljö, så det finns mycket mer arbete att göra med andra byråer och att fortsätta vårt akademiska och branschsamarbete är nyckeln till vår framgång."
Andra forskare som är involverade i att upptäcka de regionala skillnaderna inkluderar de från Trace Elements Research Laboratory (TERL) vid Institutionen för veterinärintegrativ biovetenskap (VIBS). Deras artikel är publicerad i Science of The Total Environment .
Det relaterade och relevanta arbetet i Mexiko (leds av Cisneros), publicerat i Marine Pollution Bulletin , inkluderar fynd av kvicksilver- och selenkoncentrationer i frigående Kaliforniensjölejon i Californiens golf, Mexiko. Bidragsgivare till den internationella forskningen i Mexiko och Alaska inkluderar Dr. Robert Taylor, TERL-direktör; Dr Jill Hiney från VIBS; Dr Carlos A. Rosado Berrios från VIBS; Dr Ben Barst från UAF; och doktorand Michelle Trifari från UAF; bland många andra.
Mer information: Michelle P. Trifari et al, Föreningsspecifika stabila isotoper av aminosyror avslöjar påverkan av trofisk nivå och primära produktionskällor på kvicksilverkoncentrationer i fiskar från Aleutian Islands, Alaska, Science of The Total Environment (2023). DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.168242
T.E. Symon et al, Kvicksilver och selenkoncentrationer i lanugo av frigående kaliforniska sjölejon i södra Kalifornienbukten, Mexiko, Marine Pollution Bulletin (2023). DOI:10.1016/j.marpolbul.2023.115712
Journalinformation: Science of the Total Environment , Marine Pollution Bulletin
Tillhandahålls av Texas A&M University
