Lägg till ytterligare ett objekt till den ständigt växande listan över de farliga effekterna av globala klimatförändringar:Uppvärmning av hav leder till en ökning av det skadliga neurotoxiska ämnet metylkvicksilver i populära skaldjur, inklusive torsk, Atlantisk blåfenad tonfisk och svärdfisk, enligt forskning ledd av Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) och Harvard T. H. Chan School of Public Health (HSPH).

Forskare utvecklade en första i sitt slag, heltäckande modell som simulerar hur miljöfaktorer, inklusive ökande havstemperaturer och överfiske, effektnivåer av metylkvicksilver i fisk. Forskarna fann att även om regleringen av kvicksilverutsläpp framgångsrikt har minskat metylkvicksilvernivåerna i fisk, stigande temperaturer driver upp dessa nivåer igen och kommer att spela en viktig roll för metylkvicksilvernivåerna i marint liv i framtiden.

Forskningen är publicerad i Natur .

"Denna forskning är ett stort framsteg för att förstå hur och varför havsrovdjur, som tonfisk och svärdfisk, ackumulerar kvicksilver, sa Elsie Sunderland, Gordon McKay professor i miljökemi vid SEAS och HSPH, och senior författare av tidningen.

"Att kunna förutsäga framtiden för kvicksilvernivåer i fisk är kvicksilverforskningens heliga gral, sa Amina Schartup, tidigare forskarassistent vid SEAS och HSPH och första författare till artikeln. "Den frågan har varit så svår att besvara eftersom, tills nu, vi hade ingen bra förståelse för varför nivåerna av metylkvicksilver var så höga i stor fisk."

Man har länge förstått att metylkvicksilver, en typ av organiskt kvicksilver, bioackumuleras i näringsnät, vilket betyder att organismer längst upp i näringskedjan har högre nivåer av metylkvicksilver än de längst ner. Men för att förstå alla faktorer som påverkar processen, du måste förstå hur fiskar lever.

Om du någonsin har ägt en guldfisk, du vet att fiskar gör i stort sett två saker:äter och simmar. Vad de äter, hur mycket de äter, och hur mycket de simmar påverkar alla hur mycket metylkvicksilverfiskar kommer att samlas i naturen.

Låt oss börja med vad fisken äter.

Forskarna samlade in och analyserade 30 års ekosystemdata från Mainebukten, inklusive en omfattande analys av maginnehållet hos två marina rovdjur, Atlanttorsk och pigghaj från 1970-talet till 2000-talet.

Forskarna fann att halterna av metylkvicksilver i torsk var 6 till 20 procent lägre 1970 än de var 2000. Pigghaj, dock, hade nivåer 33 till 61 procent högre 1970 jämfört med 2000 trots att de levde i samma ekosystem och ockuperade en liknande plats i näringsväven. Vad beror på dessa skillnader?

På 1970-talet Mainebukten upplevde en dramatisk förlust av sillpopulationen på grund av överfiske. Både torsk och pigghaj äter sill. Utan det, var och en vände sig till en annan vikarie. Torsken åt andra småfiskar som shads och sardiner, som är låga i metylkvicksilver. Dogfish men ersätta sill med högre halt av metylkvicksilverfoder såsom bläckfisk och andra bläckfiskar.

När sillbeståndet studsade tillbaka år 2000, torsk återgick till en diet med högre halt av metylkvicksilver medan pigghaj återgick till en diet med lägre halt av metylkvicksilver.

Det finns en annan faktor som påverkar vad fiskar äter:munstorlek.

Till skillnad från människor, fisk kan inte tugga — så de flesta fiskar kan bara äta det som ryms i munnen hel. Dock, det finns några få undantag. Svärdfisk, till exempel, använda sina titulära näbbar för att slå ner stora byten så att de kan äta det utan motstånd. Bläckfiskar fångar byten med sina tentakler och använder sina vassa näbbar för att slita av sig munsbitar.

"Det har alltid funnits ett problem med att modellera metylkvicksilvernivåer i organismer som bläckfisk och svärdfisk eftersom de inte följer typiska bioackumuleringsmönster baserat på deras storlek, ", sa Sunderland. "Deras unika matmönster betyder att de kan äta större byten, vilket betyder att de äter saker som har bioackumulerat mer metylkvicksilver. Vi kunde representera det i vår modell."

Men vad fiskar äter är inte det enda som påverkar deras metylkvicksilvernivåer.

När Schartup utvecklade modellen, hon hade problem med att redogöra för metylkvicksilvernivåerna i tonfisk, som är bland de högsta av alla marina fiskar. Dess plats på toppen av näringsväven står för en del av detta men förklarar inte helt hur höga nivåerna är. Schartup löste det mysteriet med inspiration från en osannolik källa:simmaren Michael Phelps.

"Jag tittade på OS och tv-kommentatorerna pratade om hur Michael Phelps konsumerar 12, 000 kalorier om dagen under tävlingen, Schartup mindes. "Jag tänkte, det är sex gånger mer kalorier än vad jag konsumerar. Om vi ​​vore fiskar, han skulle exponeras för sex gånger mer metylkvicksilver än jag."

Som det visar sig, höghastighetsjägare och flyttfiskar använder mycket mer energi än asätare och andra fiskar, vilket kräver att de konsumerar mer kalorier.

"De här fiskarna i Michael Phelps-stil äter mycket mer för sin storlek men, för att de simmar så mycket, de har inte kompenserande tillväxt som späder ut deras kroppsbörda. Så, du kan modellera det som en funktion, sa Schartup.

En annan faktor som spelar in är vattentemperaturen; när vattnet blir varmare, fiskar använder mer energi för att simma, som kräver mer kalorier.

Mainebukten är en av de snabbast värmande vattenmassorna i världen. Forskarna fann att mellan 2012 och 2017, Nivåerna av metylkvicksilver i atlantisk blåfenad tonfisk ökade med 3,5 procent per år trots minskande utsläpp av kvicksilver.

Baserat på deras modell, forskarna förutspår att en ökning av havsvattentemperaturen med 1 grad Celsius jämfört med år 2000 skulle leda till en ökning av metylkvicksilverhalten med 32 procent i torsk och en 70-procentig ökning av pigghaj.

Modellen låter forskarna simulera olika scenarier samtidigt. Till exempel:

En 1-grads ökning av havsvattentemperaturen och en 20-procentig minskning av kvicksilverutsläppen resulterar i ökningar av metylkvicksilverhalterna med 10 procent hos torsk och 20 procents halter hos pigghaj.

En 1-grads ökning av havsvattentemperaturen och en kollaps i sillpopulationen resulterar i en 10-procentig minskning av metylkvicksilverhalten i torsk och en 70-procentig ökning av pigghaj.

En minskning av utsläppen med 20 procent, utan förändringar i havsvattentemperaturer, minskar halterna av metylkvicksilver i både torsk och pigghaj med 20 procent.

"Denna modell låter oss titta på alla dessa olika parametrar samtidigt, precis som det händer i den verkliga världen, sa Schartup.

"Vi har visat att fördelarna med att minska utsläppen av kvicksilver håller, oavsett vad som annars händer i ekosystemet. Men om vi vill fortsätta trenden att minska exponeringen för metylkvicksilver i framtiden, vi behöver en tvådelad strategi, " sade Sunderland. "Klimatförändringar kommer att förvärra mänsklig exponering för metylkvicksilver genom fisk och skaldjur, så att skydda ekosystem och människors hälsa, vi måste reglera både kvicksilverutsläpp och växthusgaser."