Хрусталики глаз рыб фиксируют воздействие токсичной ртути на протяжении всей жизни, показали новые исследования

Загрязнение ртутью представляет собой глобальную угрозу здоровью человека, особенно нерожденным младенцам и детям раннего возраста.Контакт с метилртуть, тип, который образуется, когда ртуть смывается в озера и ручьи, может вредить развитию мозга детей и вызывать симптомы, включая нарушение речи и мышечная слабость у взрослых, которые потребляют морепродукты в качестве основного источника пищи.Метилртуть также угрожает здоровью и репродукции в рыба и другая живность.

Люди, животные и птицы подвергаются воздействию метилртути, когда едят рыбу и моллюсков.Ученые десятилетиями работали над тем, чтобы понять, как и когда рыбы накапливают ртуть.Эта информация имеет ключевое значение для оценки ртутных рисков в различных водоемах и ландшафтах, а также для оценки изменения в политике, направленные на сокращение выбросов ртути.

На протяжении десятилетий ученые использовали камни из ушей рыб, известные как отолиты, чтобы получить представление о росте, миграции, рационе рыб и времени их воздействия на определенные загрязнители.Эти крошечные структуры карбоната кальция размером примерно с горошину образуются во внутренних ушах рыб, где они помогают регулировать слух и равновесие.Отолиты также могут дать подсказку о как изменение климата влияет на рыбу.

Но некоторые загрязнители, в том числе ртуть, не включены в отолиты.Скорее, они очень прочно связываются с тканями, содержащими серу, например, с мышечными тканями.Вот почему мышечные ткани исторически использовались для оценки загрязнения ртутью.

В недавно опубликованном исследовании мы описываем новое окно в изучение воздействия ртути на отдельных рыб в течение жизни. измеряя это в глазах рыбы.Эта работа открывает новые возможности для понимания воздействия этого мощного нейротоксиканта на рыб в течение всей жизни.

Подсказки в рыбьих ушах и глазах

Сегодня ученые анализируют поглощение ртути рыбой, измеряя, сколько ее накапливается во всем теле рыбы или часто только в филе, то есть в мышечных тканях.Этот подход говорит нам, сколько ртути рыба накопила за свою жизнь, но не говорит нам, когда конкретно рыба подверглась воздействию.Отметка времени отсутствует.

Концентрации ртути могут широко варьироваться в пределах одного вида рыб.Например, с 1991 по 2010 год в США.правительственные наблюдатели обнаружены уровень ртути в треске в среднем это значение составляло 0,111 частей на миллион, но достигало 0,989 частей на миллион, то есть девятикратная разница.Это говорит о том, что помимо изменений выбросов ртути с течением времени, перемещение и рацион отдельной рыбы могут существенно повлиять на ее воздействие.

В нашем исследовании мы предлагаем новый метод, который сочетает в себе измерения старения отолитов и содержания ртути в линзах глаз рыб, чтобы определить возраст по концентрации ртути в глазах рыб.Глазные линзы изготовлены из чистого белка, имеют высокое содержание серы и поэтому легко поглощают ртуть. прямо из воды или из рыбьего рациона.

Метилртуть, по-видимому, преимущественно поглощается определенными органами. включая линзы для глаз.В высоких дозах это может ухудшить зрение рыб.

Наш подход начинается с хорошо зарекомендовавшего себя метода старения рыбы с использованием ее отолитов.По мере того как рыба растет и стареет, ее отолиты ежегодно добавляют слои карбоната кальция.Мы можем оценить возраст рыбы и темпы роста, измеряя расстояние между годовыми слоями роста, которые называются кольцами, подобно тому, как лесники датируют деревья, измеряя годичные кольца на их стволах.

Мы также знаем, что глаз рыбы растет со скоростью, пропорциональной росту ее отолита.Поэтому в нашем анализе мы применяем пропорциональное расстояние, которое мы нашли в отолите рыбы, к ее глазному хрусталику.Для нашего фокусного вида бычок-кругляк (Неогобиус меланостомус), линейная связь между этими двумя измерениями сильная.

Поскольку хрусталик глаза растет и накапливает ртуть, мы можем точно определить, когда рыба подверглась воздействию, используя это соответствие с отолитом.А поскольку хрусталик глаза рыбы растет слоями на протяжении всей жизни, мы можем проследить хронологию воздействия на протяжении всей жизни.

Возможная связь с климатом

С помощью этого нового метода мы можем начать отслеживать хронологию воздействия ртути на рыбу в течение всей жизни.И мы можем задавать вопросы о том, как события истории жизни, такие как миграция и изменения в рационе питания, или временные события, такие как низкий уровень растворенного кислорода в воде в определенное время года может влиять на уровень ртути в рыбе.

Сила этого метода в том, что он предоставляет информацию для отдельных рыб, что имеет такое же значение, как и для людей.Разные рыбы обладают разными способностями ловить добычу, избегать или переносить стресс, и все это может повлиять на их рост и воздействие ртути.

А наличие информации о воздействии ртути на одну и ту же рыбу всех возрастов может помочь уменьшить необходимость сбора больших проб у многих рыб всех возрастов. Именно так ученые традиционно оценивают, как воздействие ртути меняется на протяжении всей их жизни.

Этот новый метод также может помочь нам понять, как изменение климата влияет на воздействие ртути.

По мере повышения температуры воды реки, озера, устья рек и океаны теряют часть растворенного кислорода.Этот процесс, известный как деоксигенация, является критическим стрессором для водных организмов.

Когда уровень кислорода в пруду или заливе падает ниже 2 миллиграммов на литр по сравнению с нормальными уровнями в 5–8 миллиграммов на литр, этот водоем считается гипоксическим, а гипоксические состояния могут быть связаны с повышенными концентрациями метилртути.Потеря кислорода усугубляется загрязнение питательными веществами – например, из городских или сельскохозяйственных стоков.Но это может произойти и в открытых океанах, вдали от континентов, из-за потепления.

Усиление гипоксии может свести на нет недавние глобальные усилия по сокращению выбросов ртути делая ртуть, уже содержащуюся в озерах и океанах, более доступной для поступления в рыбу.Однако реакция рыб на гипоксию может варьироваться в зависимости от человека и вида.Наше текущее исследование, спонсируемое Национальным научным фондом, изучает, как линзы рыбьего глаза вместе с отолитами могут помочь нам отличить воздействие ртути от диеты и гипоксии.

Ученые все чаще признают, что различные части тела организмов функционируют как архивы прошлого.Для нас глазные линзы и отолиты служат ключевым средством понимания тайной жизни отдельных рыб.