I räckhåll för Grand Canyon av Coloradofloden, två arter spelar en överdimensionerad roll i kvicksilvrets öde i det akvatiska ekosystemet, och deras antal förändras av översvämningar. Så rapporterar ny forskning, publiceras i Vetenskapens framsteg , det är bland de första som kombinerar ekotoxikologi och ekosystemekologi för att spåra hur kvicksilver strömmar genom vattenlevande näringsnät och sedan sprider sig till land.

Kvicksilver är en miljöförorening som förekommer i ekosystem globalt. I sin organiska form, det är ett potent nervgift som kan skada människor och vilda djur. Kvicksilverackumulering i djur och hur det förstoras längs näringskedjorna är väl studerat. Mindre välkända är de vägar som kvicksilver tar genom näringsnäten för att nå topprovdjur, som fiskar och fåglar, och hur dessa vägar kan förändras efter stora ekosystemstörningar, som översvämningar.

Emma Rosi är en akvatisk ekolog vid Cary Institute of Ecosystem Studies och medförfattare på tidningen. Hon förklarar, "Genom att kombinera data om kvicksilverkoncentrationer i vattenlevande liv med väl studerade näringsnät, vi kunde avslöja hur kvicksilver rör sig genom ett ekosystem. Vi fann att översvämningar och en invasiv art båda påverkade flödet av denna förorening av global oro."

Egenskaperna hos organismer som lever i ett ekosystem - deras fysiologi, vad de äter, och vad som äter dem – bestäm föroreningars rörelse och exponering. Dessa faktorer har sällan inkluderats i modeller av föroreningsflöde och öde. "Att koppla ihop föroreningskoncentrationer och mycket detaljerade näringsvävar har potential att förbättra hanteringen av föroreningar i ekosystem, " noterar Rosi.

För att studera dessa vägar, forskargruppen utvecklade kvicksilverbaserade näringsnät för sex platser som sträcker sig över 225 miles från Coloradofloden, sträcker sig nedströms från Glen Canyon Dam i Grand Canyon National Park. Provtagning av matnät skedde säsongsmässigt under två år. På varje plats, de mätte alger, ryggradslösa djur, och fisk för att avgöra vem som åt vad - och vad det betydde för kvicksilverexponering på varje nivå av näringsväven.

Insekter (svartflugor och myggor) och invasiva Nya Zeelands lersniglar var de dominerande ryggradslösa djuren i floden. Dessa djur spelar en viktig roll för att flytta energi och föroreningar från botten av näringsväven till fiskrovdjur på toppen. Fisk inkluderade inhemsk Bluehead Sucker, Flannelmouth Sucker, Spräcklig Dace, och Humpback Chub, såväl som icke-inhemska arter som karp, Fathead Minnow, och regnbåge.

Maginnehållet hos ryggradslösa djur och fiskar bedömdes för att identifiera vad de åt och i vilka mängder. alger, detritus, och djur analyserades för kvicksilverkoncentrationer och, kombinerat med dietdata, teamet uppskattade mängden kvicksilver som djuren konsumerade under året.

Matwebbens komplexitet varierade mellan studiesajterna. Strax nedanför Glen Canyon Dam, näringsnäten var enkla med få arter och födonätskopplingar. Längre nedströms, näringsnäten hade högre artdiversitet och fler kopplingar. På alla studieplatser, oavsett näringsvävens komplexitet, relativt få arter var nyckelaktörer i förflyttningen av kvicksilver.

Alger och små partiklar av detritus var källan till 80 % av kvicksilvret som flödade till ryggradslösa djur. På platser närmast dammen, invasiva lersniglar dominerade näringsnäten. Öring var den enda fisken i denna del av floden, och de kan inte smälta lersniglar. Kvicksilver som samlats av sniglarna rörde sig inte uppåt i näringskedjan. Eftersom sniglarna är helt vattenlevande, kvicksilver cyklade tillbaka in i flodens skadliga näringsnät när de dog.

Svartflugans larver var källan till 56-80 % av kvicksilvret som flödade till fisken. Svartflugor är ett föredraget byte för fisk, som regnbåge, och svartflugor hade högre kvicksilverföroreningar jämfört med andra ryggradslösa djur. Svartflugor som undkommer predation och dyker upp från floden när flygande vuxna flyttar kvicksilver från floden till land. Detta kan exponera marklevande rovdjur, som fåglar och fladdermöss, till kvicksilver som började i floden.

Mängden kvicksilver som svartflugor flyttade till land var beroende av antalet hungriga fiskar i någon del av floden. På vissa platser, fiskar åt nästan 100 % av svartflugans larver, lämnar få kvar att dyka upp. På andra platser, det fanns mycket mer svartflugor än vad fiskarna kunde äta. När dessa svartflugor dök upp som vuxna, kvicksilvret inuti dem tog en tur till markbundna näringsnät längs floden.

Ett år efter provtagning, undersökningsplatserna översvämmades som en del av ett planerat dammutsläpp. Teamet kunde utforska effekterna av översvämningen på kvicksilverrörelsen i näringsnäten. På platser nära dammen, översvämningen sköljde bort ett stort antal nyzeeländska lersniglar och ledde till en boom i svartflugapopulationer. Med ökningen av svartflugor, mer kvicksilver rann till öring. Eftersom öring slukade nästan alla svartflugor i sin larvform, mycket lite av det kvicksilver som samlades i dessa rikliga insekter transporterades till land av de flygande vuxna.

Rosi förklarar, "Förändringar i djurpopulationerna i ett ekosystem kommer att påverka hur kvicksilver rör sig genom ett näringsnät. Detta var särskilt uppenbart på platser där översvämningar förändrade andelen svartflugor i förhållande till fiskar. Översvämningar förändrade dramatiskt kvicksilvervägarna i det enkla matnätet i bakvattnet nära dammen. , men inte i de mer komplexa näringsnäten nedströms."

"Invasiva arter och dammar är vanliga i floder globalt, och båda faktorerna spelade in vid Coloradoflodens Grand Canyon, " säger Rosi. "Vi upptäckte att översvämningar förändrade arterna som fanns på våra studieplatser, och kvicksilverflödet förändrades med de skiftningarna."

"Att förstå de faktorer som styr kvicksilverets rörelse genom näringsnäten kan hjälpa resursförvaltare att skydda ekosystem som är mottagliga för kvicksilverföroreningar, säger David Walters, USGS-forskare och medförfattare till studien.

Rosi avslutar, "Denna studie är spännande eftersom den belyser djupet av förståelse vi kan uppnå när vi kombinerar ekologiskt och ekotoxikologiskt tänkande. Artegenskaper, djurpopulationer, interaktioner mellan rovdjur och bytesdjur, och alla störningar kan påverka rörelsen av föroreningar i miljön. Att förstå det komplexa samspelet mellan dessa faktorer kan förbättra riskhanteringen av djurexponeringar i miljön."