En studie från Duke University visar att spårämnen i en fisks öronben kan användas för att identifiera och spåra förorening av kolaska i vattnet där den levde.

"Förkalkade strukturer - eller otoliter - som finns i en fisks inre öra är kända för att lagra mycket livshistoria information, inklusive kemiska och fysikaliska uppgifter om fiskens ålder, natal livsmiljö och migrationsmönster, sa Jessica Brandt, huvudförfattare till uppsatsen och en doktorsexamen från 2018. examen från Duke's Nicholas School of the Environment. "Vi har visat att otoliter också fångar signaturerna av föroreningar som har påverkat fiskens ekosystem."

Brant och hennes team fann att strontiumisotopförhållandena i otoliterna hos fiskar från två sjöar i North Carolina – som båda hade tagit emot avloppsvatten från kolaskadammar vid närliggande kraftverk – matchade strontiumisotopförhållandena i prover som samlats in från sediment på botten av sjöar.

"Detta visar att otoliter kan användas som biogena spårämnen för att bedöma potentialen för ekologiska effekter av avfallsströmmar av kolaska i påverkade vatten, sa Brandt, som nu är postdoktor vid U.S. Geological Survey. "Medan strontium beter sig annorlunda än de giftiga elementen i kolaska, det hjälper oss att koppla höga nivåer av dessa element tillbaka till föroreningskällan."

Strontium är ett naturligt förekommande spårämne i kol som behåller unika isotopförhållanden även efter att kolet har förbränts och kolaska kommer i kontakt med en vattenmiljö.

Tidigare studier har använt strontiumisotopförhållanden för att spåra kolaskans inverkan på vattenkvaliteten, "men det här är första gången vi har kunnat bevisa att de också kan användas som fingeravtryck för att spåra kolaskans effekter i levande organismer, sa Avner Vengosh, professor i geokemi och vattenkvalitet vid Duke's Nicholas School, som var medförfattare till studien.

"Detta visar definitivt att strontiumet i fisken måste komma från kolaska, sa Vengosh.

Duke-teamet publicerade sina referentgranskade resultat den 21 november i tidskriften Miljövetenskap och teknikbrev .

Forskarna samlade ytvatten- och sedimentbaserade porvattenprover från två sjöar i North Carolina - Mayo Lake och Sutton Lake - som historiskt sett beslagtogs för att ge kylvatten till närliggande kraftverk och för att ta emot deras avloppsvatten. Sutton Lake var platsen för en stor kolaska som läckte ut i den intilliggande Cape Fear River efter att orkanen Florence orsakade översvämningar i höstas.

Forskarna samlade också vatten- och ytprover från två platser som ligger uppströms sjöarna, och från två andra sjöar - Lake Tillery och Lake Waccamaw - som inte är associerade med kolaskavfallsströmmar. Proverna analyserades sedan i laboratoriet, tillsammans med otoliterna av largemouth bas från var och en av sjöarna.

"Strontiumisotopförhållanden i largemouth bas-otoliterna överlappade med förhållanden i motsvarande sedimentporvatten vid alla sjöar och reservoarer, vilket är övertygande bevis för att otoliter kan fungera som biogena spårämnen av kolaska, sade Richard Di Giulio, Sally Kleberg professor i miljötoxikologi vid Duke, som var medförfattare till studien.

Strontiumisotopförhållanden i ytvattenprover från sjöarna matchade inte alltid de i fiskotoliterna och porvattenproverna, Di Giulio förklarade, men detta kan bero på att ytvattenkvoterna är mer varierande över tiden.

"Denna studies fynd visar att otolithstudier kan lägga till våra befintliga forskningsinsatser, " sa Brandt. "Vattenbaserade strontiumisotopspårämnen ger oss bara information om kolaskapåverkan vid en viss tidpunkt, men eftersom otoliter kontinuerligt växer under en fisks livstid, vi skulle kunna använda tidsserieanalyser av otoliter för att bestämma tidpunkten för utsläpp eller utsläpp av avfallsströmmar som sträcker sig flera år tillbaka i tiden. Detta representerar en framväxande och viktig ny riktning inom miljötoxikologi och forskning om vattenkvalitet. "