Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die Augenlinsen von Fischen ihre lebenslange Exposition gegenüber giftigem Quecksilber aufzeichnen

Die Quecksilberverschmutzung stellt eine globale Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar, insbesondere für ungeborene Babys und Kleinkinder.Exposition gegenüber Methylquecksilber, ein Typ, der entsteht, wenn Quecksilber in Seen und Bäche gespült wird, kann die Gehirnentwicklung von Kindern beeinträchtigen und Symptome verursachen, einschließlich Sprachbehinderung und Muskelschwäche bei Erwachsenen, die Meeresfrüchte als Hauptnahrungsquelle konsumieren.Methylquecksilber gefährdet auch die Gesundheit und Fortpflanzung 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 von entscheidender Bedeutung für die Beurteilung des Quecksilberrisikos in verschiedenen Gewässern und Landschaften sowie für die Bewertung politische Änderungen zur Reduzierung der Quecksilberemissionen.

Seit Jahrzehnten nutzen Wissenschaftler Fischohrsteine, sogenannte Otolithen, um Erkenntnisse über das Wachstum, die Wanderung, die Ernährung und den Zeitpunkt ihrer Exposition gegenüber bestimmten Schadstoffen von Fischen zu gewinnen.Diese winzigen Strukturen aus Kalziumkarbonat, etwa erbsengroß, bilden sich im Innenohr von Fischen und helfen dort, das Gehör und das Gleichgewicht zu regulieren.Auch Otolithen können Hinweise geben Wie sich der Klimawandel auf Fische auswirkt.

Einige Schadstoffe, darunter auch Quecksilber, werden jedoch nicht in Otolithen eingebaut.Sie binden vielmehr sehr stark an schwefelhaltiges Gewebe, beispielsweise Muskelgewebe.Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit Muskelgewebe zur Beurteilung der Kontamination aufgrund von Quecksilberverschmutzung herangezogen.

In einer neu veröffentlichten Studie beschreiben wir einen neuen Einblick in die lebenslange Quecksilberexposition einzelner Fische Messen Sie es in den Augen des Fisches.Diese Arbeit eröffnet neue Möglichkeiten zum Verständnis der lebenslangen Exposition von Fischen gegenüber diesem starken Neurotoxikum.

Hinweise in Fischohren und -augen

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

Die Quecksilberkonzentrationen können innerhalb einer bestimmten Fischart stark variieren.Beispielsweise haben die USA von 1991 bis 2010Regierungsmonitore entdeckt Quecksilbergehalt im Kabeljau das lag im Durchschnitt bei 0,111 Teilen pro Million, lag aber bei bis zu 0,989 Teilen pro Million, was einem neunfachen Unterschied entspricht.Dies deutet darauf hin, dass neben den Veränderungen 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 des Quecksilbers in den Augenlinsen eines Fisches kombiniert, um den Quecksilberkonzentrationen im Fischauge ein Alter zuzuordnen.Augenlinsen bestehen aus reinem Protein, haben einen hohen Schwefelgehalt und nehmen daher auch leicht Quecksilber auf direkt aus Wasser oder aus der Nahrung des Fisches.

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

Unser Ansatz beginnt mit der bewährten Technik, einen Fisch mithilfe seines Otolithen altern zu lassen.Wenn ein Fisch wächst und altert, tragen seine Otolithen jährlich Schichten von Kalziumkarbonat auf.Wir können das Alter und die Wachstumsraten der Fische abschätzen, indem wir den Abstand zwischen den Jahreswachstumsschichten, den sogenannten Annuli, messen, 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 daher den proportionalen Abstand, den wir im Otolithen des Fisches gefunden haben, auf seine Augenlinse an.Für unsere Schwerpunktart, die Rundgrundel (Neogobius melanostomus) ist die lineare Beziehung zwischen diesen beiden Messungen stark.

Während die Augenlinse wächst und Quecksilber ansammelt, können wir anhand dieser Korrespondenz mit dem Otolithen genau bestimmen, wann der Fisch exponiert war.Und da die Augenlinse des Fischs im Laufe des Lebens 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 Quecksilberexposition eines Fisches zu verfolgen.Und wir können Fragen dazu stellen, wie lebensgeschichtliche Ereignisse wie Migration und Ernährungsumstellungen oder zeitliche Ereignisse wie z niedriger Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser kann zu bestimmten Jahreszeiten den Quecksilbergehalt eines Fisches beeinflussen.

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

Und wenn Informationen über die Quecksilberbelastung eines einzelnen Fisches für alle Altersstufen vorliegen, kann dies dazu beitragen, die Notwendigkeit zu verringern, große Proben von vielen Fischen aller Altersstufen zu sammeln. Auf diese Weise haben Wissenschaftler traditionell beurteilt, wie sich die Belastung von Fischen im Laufe ihres Lebens verändert.

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

Mit steigenden Wassertemperaturen verlieren Flüsse, Seen, Flussmündungen und Ozeane einen Teil ihres gelösten Sauerstoffs.Dieser Prozess, bekannt als Sauerstoffentzug, ist 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, spricht man von einem hypoxischen Gewässer – und hypoxische Zustände können mit erhöhten Konzentrationen von Methylquecksilber verbunden sein.Dieser Sauerstoffverlust wird durch verstärkt Nährstoffverschmutzung – zum Beispiel aus städtischem oder landwirtschaftlichem Abfluss.Aufgrund der Erwärmung kann es aber auch in den offenen Ozeanen, fernab von Kontinenten, auftreten.

Eine zunehmende Hypoxie könnte zunichte gemacht werden jüngste globale Bemühungen zur Reduzierung der Quecksilberemissionen indem das bereits in Seen und Ozeanen vorhandene Quecksilber für die Aufnahme durch Fische besser verfügbar gemacht wird.Allerdings kann die Reaktion der Fische auf Hypoxie je nach Individuum und Art unterschiedlich sein.Unsere aktuelle, von der National Science Foundation geförderte Forschung untersucht, wie Fischaugenlinsen zusammen mit Otolithen dabei helfen können, die Belastung durch Quecksilber durch Ernährung und Hypoxie zu trennen.

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