Потепление воды повысило концентрацию метилртути в тканях морских хищников
Потепление океана и перевылов рыбы способствуют увеличению концентрации метилртути в тканях некоторых промысловых видов морских животных. Исследователи из США, Индии и Канады выяснили, что эти два фактора, как минимум, изменили количество и состав пищи атлантической трески так, что она стала накапливать больше этого токсичного для человека вещества. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Около 80 процентов неорганической ртути, попадающей в атмосферу, аккумулируется затем в океане, где частично превращается микроорганизмами в метилртуть. В самой воде концентрации этого вещества невысоки, но оно имеет свойство накапливаться в тканях организма, и чем выше ранг животного в пищевой цепочке, тем больше метилртути оно в сумме получает и накапливает — в итоге концентрация в рыбе может на шесть порядков превышать концентрацию в воде. Среди хищников есть промысловые виды, так что с ними это вещество попадает в конечном итоге и в пищу человека, а для нас метилртуть — нейротоксин, употребление которого связано с долговременным ослаблением когнитивных функций у детей. Поэтому понять причины, по которым в последние десятилетия наблюдается рост концентрации метилртути в ряде рыб, особенно важно. Предыдущие исследования показали что низшие звенья пищевых цепочек — водоросли — накапливают его с теми же темпами что и прежде, а значит причину стоит искать во взаимодействии видов на более высоких уровнях.
Чтобы в этом разобраться, Амина Шартуп (Amina Schartup) из Гарвардского Университета и ее коллеги смоделировали динамику концентрации метилртути в тканях двух видов хищников — атлантической трески и катрана. При этом они учитывали три независимых параметра: изменившуюся с семидесятых годов прошлого века диету, потепление воды, влияющее на энергетические затраты рыб и количество необходимой пищи, и общее снижение концентрации метилртути в воде. В рацион обоих видов входит атлантическая сельдь, но в семидесятые в заливе Мэн, где проводилось исследование, ее количество резко упало вследствие перевылова. Хищникам пришлось к этому приспосабливаться, каждый это сделал по-своему: катраны перешли на диету из кальмаров с высоким содержанием метилртути, а треска предпочла есть сельдеобразных поменьше и дополнять их омарами и другими крупными беспозвоночными. Возвращение к нормальному рациону в двухтысячных по-разному сказалось на уровне метилртути: у катрана он понизился, а у трески, наоборот, вырос.
Другой фактор — потепление, из-за которого температура в заливе поднялась всего на один градус — сказался на обоих видах одинаково, увеличив расчетные концентрации метилртути. В то же время общие концентрации ртути в воде понизились и без учета остальных изменений это должно было прямо пропорционально снизить количество токсина в рыбе. Уменьшение содержания метилртути вводе связано с ограничением выбросов антропогенной ртути - сейчас их уровень стабилизировался, как и концентрация метилртути в воде, так что авторы статьи считают, что в будущем ключевыми факторами, определяющими конечные концентрации метилртути, окажутся перевылов и потепление. На примере тунца — еще одного высокорангового хищника — авторы показали, что нынешний рост количества метилртути в его тканях связан именно с потеплением воды.
Изменение климата и перевылов негативно сказываются не только на концентрациях метилртути в хищных рыбах, но и в целом способно сильно обеднить морские экосистемы. По подсчетам ученых, к концу столетия биомасса морских животных и фитопланктона может снизиться в среднем на 17 процентов из-за высокого уровня выброса парниковых газов, а биомасса крупных морских животных уменьшится вполовину при таких же темпах вылова что и сейчас.
Вера Мухина
Вклад этих источников составил 25 и 75 процентов соответственно
Ученые определили источники радиоактивного 137Cs в мясе баварских кабанов. Оказалось, что происхождение в среднем 75 его процентов связано с аварией на Чернобыльской АЭС, а 25 процентов — с испытаниями ядерного оружия в середине прошлого века. Причем в некоторых регионах Баварии активность оружейного137Cs в кабанятине так высока, что этого достаточно для превышения европейских норм безопасности. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Environmental Science & Technology. Авария на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года привела к загрязнению обширных территорий Европы радиоактивными изотопами йода, цезия, стронция и других химических элементов. Например, в Баварии, регионе на юго-востоке Германии, активность изотопа цезия 137Cs в поверхностных слоях почвы вскоре после аварии составляла 102-105 беккерелей на квадратный метр. Позднее радиоактивные изотопы проникли из почвы в организмы растений и животных. В частности, активность 137Cs в мясе баварских кабанов (Sus scrofa) в 1986 году превышала норму на один-два порядка. За почти четыре десятилетия, прошедших с момента аварии, изначально высокая концентрация 137Cs в организмах животных из лесов Баварии резко снизилась за счет физического распада и экологических процессов. Однако по неизвестной пока причине в мясе местных кабанов активность этого радионуклида мало изменилась с 1986 года. В некоторых случаях темпы снижения концентрации 137Cs в их телах даже ниже скорости его физического распада. Это явление известно как «парадокс кабана». Согласно наиболее убедительному объяснению, кабаны получают новые порции 137Cs за счет того, что регулярно поедают подземные грибы, в которых, в свою очередь, этот изотоп накапливается в большом количестве. Команда исследователей под руководством Георга Штайнхойзера (Georg Steinhauser) из Венского технического университета решила больше узнать об источниках радиоактивных изотопов в мясе кабанов из Баварии. В 2019-2021 годах исследователи получили 48 образцов свежей кабанятины у баварских охотников из 11 округов этой земли. В основном это были ткани языка. Медианная активность 137Cs в образцах составила 1,7 килобеккереля на килограмм. При этом она заметно колебалась от округа к округу в диапазоне от 0,37 килобеккереля на килограмм до 14 килобеккерелей на килограмм. В 88 процентах образцов активность 137Cs оказалась выше норматива, установленного немецким правительством. Примечательно, что по сравнению с аналогичными пробами, взятыми в 2001 году, концентрация 137Cs в мясе кабанов почти не изменилась. Чернобыльская авария не была единственной причиной появления 137Cs в почвах Баварии и организмах местных животных. До нее этот изотоп также попадал в окружающую среду в результате ядерных испытаний. Чтобы определить вклад обоих источников, Штайнхойзер с соавторами оценили соотношение концентрации 135Cs/137Cs в мясе кабанов из разных округов Баварии — оно составило 0,67-1,97. Затем полученные данные сравнили с результатами анализа биологических образцов из других регионов мира, в том числе из Чернобыля и Фукусимы (где почти весь 137Cs попал в окружающую среду в результате аварий на АЭС) и отдаленные от них регионы, включая США, Канаду и Гренландию (здесь основным или единственным источником 137Cs являются ядерные испытания). Соотношение 135Cs/137Cs в телах кабанов из Баварии оказалось промежуточным между Чернобылем и Фукусимой с одной стороны (в этих местах оно составляло 0,31–0,73) и регионами мира, где крупных аварий на АЭС не было, с другой (1,21–2,84). Это подтверждает, что радиоактивный цезий, поступающий в организмы баварских кабанов, имеет два источника происхождения. Для дальнейших расчетов исследователи взяли за основу соотношение 135Cs/137Cs из серии образцов легочной ткани человека, собранных в Вене в 1960 годах. Поскольку эти образцы были взяты до первых крупных аварий на АЭС, весь 137Cs попал в них в результате испытаний ядерного оружия. Соотношение 135Cs/137Cs в них составило 1,99. Судя по всему, в тех регионах Баварии, где соотношение 135Cs/137Cs в кабанятине выше, чем в венских образцах, основным источником 137Cs являются испытания ядерного оружия, а в тех, где ниже — авария на Чернобыльской АЭС. Основываясь на этой идее, авторы предложили следующую модель распространения 137Cs в экосистемах Баварии (и всей Центральной Европы). Вероятно, радиоактивный цезий, который попал в атмосферу в результате ядерных испытаний, к концу века достиг поверхности земли и был включен в пищевые цепи всего региона. Соотношение 135Cs/137Cs в нем высокое. В то же время чернобыльский радиоактивный цезий, с низким соотношением 135Cs/137Cs, в основном осел в горах и предгорьях. На финальном этапе работы Штайнхойзер и его коллеги провели моделирование и пришли к выводу, что средний вклад чернобыльского 137Cs в мясе баварских кабанов составляет 75 процентов, а оружейного — 25 процентов. Наименьшая доля 137Cs чернобыльского происхождения была выявлена в кабанятине с севера Баварии, однако даже в Центральной и Южной Баварии есть регионы, где доля оружейного 137Cs в мясе кабанов составляет 40-50 процентов. При этом в 25 процентах образцов активность 137Cs, происходящего от испытаний ядерного оружия, настолько велика, что его одного достаточно, чтобы превысить европейские нормы безопасности. Результаты исследования демонстрируют, что радионуклиды, попавшие в окружающую среду в результате ядерных испытаний середины прошлого века, до сих пор присутствуют в экосистемах. Причем, как в случае баварских кабанов, их активность порой достаточно велика, чтобы угрожать здоровью людей. Ранее зоологи выяснили, что панцири черепах хранят информацию о ядерных испытаниях и работах с ядерным топливом. У тех черепах, что жили рядом с местами испытания ядерного оружия, соотношение 235U/238U в роговых щитках повышено, а у тех, что обитали недалеко от заводов по производству ядерного топлива, наоборот, понижено. При этом соотношение 236U/238U повышено в обоих случаях.