In het bereik van de Grand Canyon van de Colorado-rivier, twee soorten spelen een buitensporige rol in het lot van kwik in het aquatische ecosysteem, en hun aantal is veranderd door overstromingen. Zo meldt nieuw onderzoek, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , dat is een van de eersten die ecotoxicologie en ecosysteemecologie versmelt om na te gaan hoe kwik door aquatische voedselwebben stroomt en zich vervolgens naar het land verspreidt.

Kwik is een milieuverontreiniging die wereldwijd in ecosystemen voorkomt. In zijn organische vorm, het is een krachtig neurotoxine dat mensen en dieren in het wild kan schaden. De accumulatie van kwik in dieren en hoe het vergroot langs voedselketens is goed bestudeerd. Minder goed begrepen zijn de paden die kwik door voedselwebben neemt om toproofdieren te bereiken, zoals vissen en vogels, en hoe die paden kunnen veranderen na grote verstoringen van het ecosysteem, zoals overstromingen.

Emma Rosi is een aquatisch ecoloog bij Cary Institute of Ecosystem Studies en co-hoofdauteur van het papier. Ze legt uit, "Door gegevens over kwikconcentraties in het waterleven te combineren met goed bestudeerde voedselwebben, we konden onthullen hoe kwik door een ecosysteem beweegt. We ontdekten dat overstromingen en een invasieve soort beide de stroom van deze verontreinigende stof van wereldwijde zorg beïnvloedden."

De eigenschappen van organismen die in een ecosysteem leven:hun fysiologie, wat zij eten, en wat ze eet - bepaal de beweging en blootstelling van verontreinigende stoffen. Deze factoren zijn zelden opgenomen in modellen van contaminantflux en lot. "Het koppelen van contaminantenconcentraties en zeer gedetailleerde voedselwebben heeft het potentieel om het beheer van contaminanten in ecosystemen te verbeteren, ’ merkt Rosi op.

Om deze paden te bestuderen, het onderzoeksteam ontwikkelde op kwik gebaseerde voedselwebben voor zes locaties verspreid over 225 mijl van de Colorado-rivier, stroomafwaarts van de Glen Canyon Dam in het Grand Canyon National Park. De bemonstering van het voedselweb vond seizoensgebonden plaats gedurende twee jaar. Op elke locatie, ze maten algen, ongewervelden, en vissen om te bepalen wie wat aan het eten was - en wat dat betekende voor de blootstelling aan kwik op elk niveau van het voedselweb.

Insecten (zwartvliegen en muggen) en invasieve modderslakken uit Nieuw-Zeeland waren de dominante ongewervelde dieren in de rivier. Deze dieren spelen een cruciale rol bij het verplaatsen van energie en verontreinigingen van de onderkant van het voedselweb naar roofdieren aan de bovenkant. Vis omvatte inheemse Bluehead Sucker, Flanelmondzuiger, Gespikkelde Dace, en Bultrug kopvoorn, evenals uitheemse soorten zoals karper, Dikkop Minnow, en regenboogforel.

De maaginhoud van ongewervelde dieren en vissen werd beoordeeld om te bepalen wat ze aten en in welke hoeveelheden. algen, afval, en dieren werden geanalyseerd op kwikconcentraties en, gecombineerd met de dieetgegevens, het team schatte de hoeveelheid kwik die dieren het hele jaar door consumeerden.

De complexiteit van het voedselweb varieerde over de onderzoekslocaties. Net onder de Glen Canyon Dam, voedselwebben waren eenvoudig met weinig soorten en voedselwebverbindingen. Verder stroomafwaarts, voedselwebben hadden een hogere soortendiversiteit en meer verbindingen. Op alle studieplekken, ongeacht de complexiteit van het voedselweb, relatief weinig soorten waren belangrijke spelers in de beweging van kwik.

Algen en kleine deeltjes afval waren de bron van 80% van het kwik dat naar ongewervelde dieren stroomde. Op plaatsen die het dichtst bij de dam liggen, invasieve modderslakken domineerden de voedselwebben. Forel was de enige vis in dit deel van de rivier, en ze zijn niet in staat om modderslakken te verteren. Kwik dat door de slakken werd verzameld, kwam niet hoger in de voedselketen. Omdat de slakken volledig in het water leven, kwik fietste terug in het voedselweb van de rivier toen ze stierven.

Blackfly-larven waren de bron van 56-80% van het kwik dat naar vissen stroomde. Zwartvliegen zijn de favoriete prooi voor vissen, zoals regenboogforel, en zwarte vliegen hadden hogere kwikverontreinigingen in vergelijking met andere ongewervelde dieren. Zwarte vliegen die aan predatie ontsnappen en uit de rivier tevoorschijn komen terwijl vliegende volwassenen kwik van de rivier naar het land brengen. Dit kan terrestrische roofdieren blootstellen, zoals vogels en vleermuizen, tot kwik dat begon in de rivier.

De hoeveelheid kwik die zwarte vliegen naar het land brachten, was afhankelijk van het aantal hongerige vissen in een deel van de rivier. Op sommige plaatsen, vissen aten bijna 100% van de larven van de zwarte vlieg, waardoor er nog maar weinig overblijven. Op andere locaties, er waren veel meer zwarte vliegen dan de vissen konden eten. Toen deze zwarte vliegen opkwamen als volwassenen, het kwik in hen liftte mee naar aardse voedselwebben langs de rivier.

Een jaar na de bemonstering, de onderzoekslocaties werden overstroomd als onderdeel van een geplande dam-release. Het team was in staat om de effecten van de overstroming op de kwikbeweging in de voedselwebben te onderzoeken. Op locaties in de buurt van de dam, de overstroming spoelde grote aantallen modderslakken uit Nieuw-Zeeland weg en leidde tot een hausse in zwartevliegpopulaties. Met de opkomst van zwarte vliegen, meer kwik stroomde naar de forel. Omdat forel bijna alle zwarte vliegen in hun larvale vorm opslokte, heel weinig van het kwik dat zich in deze overvloedige insecten had opgehoopt, werd door de vliegende volwassenen naar het land getransporteerd.

Rosi legt uit, "Veranderingen in de dierenpopulaties in een ecosysteem zullen van invloed zijn op hoe kwik zich door een voedselweb beweegt. Dit was vooral duidelijk op plaatsen waar overstromingen het aandeel zwarte vliegen in verhouding tot vissen veranderden. , maar niet in de meer complexe voedselwebben stroomafwaarts."

"Invasieve soorten en dammen komen wereldwijd veel voor in rivieren, en beide factoren speelden een rol in het bereik van de Grand Canyon van de Colorado-rivier, " zegt Rosi. "We ontdekten dat overstromingen de soorten op onze onderzoekslocaties veranderden, en de kwikstroom veranderde met die verschuivingen."

"Inzicht in de factoren die de beweging van kwik door voedselwebben beheersen, kan beheerders van hulpbronnen helpen om ecosystemen te beschermen die vatbaar zijn voor kwikvervuiling, " zegt David Walters, USGS-wetenschapper en co-hoofdauteur van de studie.

Rosi concludeert, "Deze studie is opwindend omdat het licht werpt op de diepte van het begrip dat we kunnen bereiken wanneer we ecologisch en ecotoxicologisch denken samenvoegen. Soortkenmerken, dierenpopulaties, roofdier-prooi interacties, en verstoring kunnen allemaal de beweging van verontreinigingen in het milieu beïnvloeden. Inzicht in het complexe samenspel van deze factoren kan het risicobeheer van blootstelling van dieren in het milieu verbeteren."