Die Linsen von Fischaugen zeichnen ihre lebenslange Exposition gegenüber giftigem Quecksilber auf, neue Forschungsergebnisse

Quecksilberverschmutzung ist eine globale Bedrohung für die menschliche Gesundheit, insbesondere für ungeborene Babys und Kleinkinder. Exposition gegenüber Methylquecksilberein Typ, der sich bildet, wenn Quecksilber in Seen und Bäche gespült wird, kann schädigen die Gehirnentwicklung von Kindern und verursachen Symptome einschließlich Sprachstörungen und Muskelschwäche bei Erwachsenen, die Meeresfrüchte als Hauptnahrungsquelle konsumieren. Methylquecksilber bedroht auch die Gesundheit und Fortpflanzung in Fische und andere Wildtiere.

Menschen, Tiere und Vögel sind Methylquecksilber ausgesetzt, wenn sie Fisch und Schalentiere essen. Wissenschaftler arbeiten seit Jahrzehnten daran, zu verstehen, wie und wann Fische Quecksilber anreichern. Diese Informationen sind entscheidend für die Bewertung von Quecksilberrisiken in verschiedenen Gewässern und Landschaften sowie für die Bewertung politische Änderungen zur Reduzierung der Quecksilberemissionen.

Seit Jahrzehnten verwenden Wissenschaftler Fischohrsteine, die als Otolithen bekannt sind, um Einblicke in das Wachstum, die Wanderung, die Ernährung und den Zeitpunkt ihrer Exposition gegenüber bestimmten Schadstoffen zu gewinnen. Diese winzigen, etwa erbsengroßen Strukturen aus Kalziumkarbonat bilden sich in den Innenohren von Fischen, wo sie helfen, das Gehör und das Gleichgewicht zu regulieren. Otolithen können auch Hinweise darauf geben, wie sich der Klimawandel auf Fische auswirkt.

Einige Schadstoffe, einschließlich Quecksilber, werden jedoch nicht in Otolithen eingebaut. Vielmehr binden sie sehr stark an Gewebe, das Schwefel enthält, wie z. B. Muskelgewebe. Aus diesem Grund wurde Muskelgewebe in der Vergangenheit verwendet, um die Kontamination durch Quecksilberverschmutzung zu beurteilen.

In einer neu erschienenen Studie in Briefe zu Umweltwissenschaften und -technologiebeschreiben wir ein neues Fenster in die lebenslange Exposition einzelner Fische gegenüber Quecksilber, indem wir es in den Augen der Fische messen. Diese Arbeit erschließt neue Möglichkeiten zum Verständnis der lebenslangen Exposition von Fischen gegenüber diesem starken Neurotoxin.

Hinweise in Fischohren und -augen

Heutzutage analysieren Wissenschaftler die Quecksilberaufnahme in Fischen, indem sie messen, wie viel davon sich in ganzen Körpern von Fischen oder oft nur in Filets – also Muskelgewebe – anreichert. Dieser Ansatz sagt uns, wie viel Quecksilber der Fisch im Laufe seines Lebens angesammelt hat, aber er sagt uns nicht genau, wann der Fisch in seinem Leben exponiert war. Ein Zeitstempel fehlt.

Quecksilberkonzentrationen können innerhalb einer bestimmten Fischart stark variieren. Zum Beispiel wurden von 1991 bis 2010 US-Regierungsmonitore entdeckt Quecksilbergehalt in Kabeljau das betrug im Durchschnitt 0,111 Teile pro Million, reichte aber bis zu 0,989 Teile pro Million, ein neunfacher Unterschied. Dies deutet darauf hin, dass neben Änderungen der Quecksilberemissionen im Laufe der Zeit auch die Bewegungen und die Ernährung eines einzelnen Fisches seine Exposition erheblich beeinflussen können.

In unserer Studie schlagen wir eine neue Methode vor, die Messungen der Otolithenalterung und von Quecksilber in den Linsen von Fischaugen kombiniert, um den Quecksilberkonzentrationen in Fischaugen Alter zuzuordnen. Augenlinsen bestehen aus reinem Eiweiß, sind schwefelhaltig und nehmen daher auch leicht Quecksilber auf direkt aus Wasser oder aus der Ernährung der Fische.

Methylquecksilber scheint in bestimmten Organen bevorzugt aufgenommen zu werden, einschließlich Augenlinsen. Bei hohen Dosen, es kann die Sicht der Fische beeinträchtigen.

Unser Ansatz beginnt mit der bewährten Technik, einen Fisch mit seinem Otolithen zu altern. Wenn ein Fisch wächst und altert, fügen seine Otolithen jährliche Schichten von Kalziumkarbonat hinzu. Wir können das Alter und die Wachstumsraten der Fische abschätzen, indem wir den Abstand zwischen den Jahreswachstumsschichten messen, die Annuli genannt werden, ähnlich wie Förster Bäume datieren, indem sie die Jahresringe in ihren Stämmen messen.

Wir wissen auch, dass das Auge eines Fisches proportional zum Wachstum seines Otolithen wächst. In unserer Analyse wenden wir also den proportionalen Abstand, den wir im Otolithen des Fisches gefunden haben, auf seine Augenlinse an. Für unsere Fokusart, die Rundgrundel (Neogobius melanostomus), ist die lineare Beziehung zwischen diesen beiden Messungen stark.

Wenn die Augenlinse wächst und Quecksilber ansammelt, können wir mithilfe dieser Korrespondenz mit dem Otolithen genau bestimmen, wann der Fisch freigelegt wurde. Und weil die Fischaugenlinse lebenslang in Schichten wächst, können wir die Chronologie der lebenslangen Exposition verfolgen.

Ein möglicher Klimazusammenhang

Mit dieser neuen Methode können wir beginnen, die Chronologie der lebenslangen Quecksilberbelastung eines Fisches zu verfolgen. Und wir können Fragen dazu stellen, wie lebensgeschichtliche Ereignisse wie Migration und Ernährungsumstellung oder zeitliche Ereignisse wie z niedrige Gehalte an gelöstem Sauerstoff im Wasser kann zu bestimmten Jahreszeiten den Quecksilbergehalt eines Fisches beeinflussen.

Die Stärke dieser Methode liegt darin, dass sie Informationen für einzelne Fische liefert, die genauso wichtig sind wie für den Menschen. Verschiedene einzelne Fische haben unterschiedliche Fähigkeiten, Beute zu fangen und Stress zu vermeiden oder zu tolerieren, was sich allesamt auf ihr Wachstum und ihre Quecksilberbelastung auswirken kann.

Und Informationen über die Quecksilberbelastung eines einzelnen Fisches für alle Altersgruppen zu haben, kann dazu beitragen, die Notwendigkeit zu verringern, große Proben von vielen Fischen aller Altersgruppen zu sammeln. So haben Wissenschaftler traditionell bewertet, wie sich die Belastung von Fischen im Laufe ihres Lebens verändert.

Diese neue Methode kann uns auch helfen zu verstehen, wie sich der Klimawandel auf die Quecksilberbelastung auswirkt.

Wenn die Wassertemperatur steigt, verlieren Flüsse, Seen, Flussmündungen und Ozeane einen Teil ihres gelösten Sauerstoffs. Dieser Prozess, bekannt als Sauerstoffentzugist ein kritischer Stressfaktor für Wasserlebewesen.

Wenn der Sauerstoffgehalt in einem Teich oder einer Bucht unter 2 Milligramm pro Liter fällt, verglichen mit normalen Werten von 5 bis 8 Milligramm pro Liter, wird dieser Wasserkörper als hypoxisch bezeichnet – und hypoxische Bedingungen können mit erhöhten Konzentrationen von Methylquecksilber in Verbindung gebracht werden. Dieser Sauerstoffverlust wird dadurch noch verstärkt Nährstoffbelastung– zum Beispiel aus städtischem oder landwirtschaftlichem Abfluss. Aufgrund der Erwärmung kann es aber auch in den offenen Ozeanen weit entfernt von Kontinenten auftreten.

Zunehmende Hypoxie könnte negieren jüngsten weltweiten Bemühungen zur Verringerung der Quecksilberemissionen indem das Quecksilber, das sich bereits in Seen und Ozeanen befindet, besser für die Aufnahme in Fische verfügbar gemacht wird. Die Reaktion der Fische auf Hypoxie kann jedoch je nach Individuum und Art variieren. Unsere aktuelle Forschung, die von der National Science Foundation gesponsert wird, untersucht, wie Fischaugenlinsen zusammen mit Otolithen uns helfen können, die Exposition gegenüber Quecksilber von Ernährung und Hypoxie zu trennen.

Wissenschaftler erkennen zunehmend, dass verschiedene Körperteile von Organismen als Archive der Vergangenheit fungieren. Augenlinsen und Otolithen dienen uns als Schlüsselmittel, um das geheime Leben einzelner Fische zu verstehen.

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