湖泊裡的汞電梯

生活在部分內陸草原湖泊的魚類,體內累積有異常高濃度的汞,科學家們一直無法釐清箇中緣由。近來,新的研究指出,在湖泊中,汞可以搭上神秘的夜班車,從湖底升至湖的中上水層,進而使湖中的魚類暴露在較高濃度的汞環境下。

圖片出處Hajime Watanabe [參註ㄧ]
編譯/鄭琳潔

環境中的汞污染,主要來自人類的冶金及燃煤發電等活動。釋放到大氣中的汞,會透雨水、雪進入水資源。在缺氧的濕地或河床環境,無機汞容易透過硫酸鹽還原菌及鐵還原菌等微生物,轉化為甲基汞。

甲基汞是已知的神經毒素,因高度親脂及易於與蛋白質結合的特性,使其能輕易的累積於生物體內。透過食物鏈傳遞後,高階的掠食者如鮪魚、鯊魚,因生物放大效應,體內會累積高濃度的汞。因此,各國往往會制定相關的魚貝汞食用須知或建議書。

在優養化的湖泊中,由於藻類、浮游生物的種類及數量繁多,複雜的食物網及大量的低層供應者,會稀釋生態系中的汞,使最終累積在魚體內的汞濃度較低。有趣的是,在部份北美大草原的湖泊裡,雖然擁有豐富的藻類及浮游生物,魚類體內仍累積異常高濃度的汞。

1997年,里賈納大學(University of Regina)的生態學家Peter Leavitt觀察到,在Katepwa湖(位於加拿大薩斯喀徹溫省),夜晚捕食的黃鱸魚(Yellow Perch)體內的汞含量,相較在白天覓食的黃鱸魚來的高。除此之外,湖內的藻類及浮游動物的汞含量,也會因為種類不同而改變。科學家們始終無法找到合理的方式,解釋觀察到的現象。這個謎團一直困擾著科學家們,直到今年六月,科學家才終於找到一切的關鍵。

謎團的主角是學名為Leptodora kindtii(中文名透明薄皮蚤)的浮游動物,因為軀體呈現半透明,又被稱為幽靈蚤(Ghost fleas)。成年的Leptodora長約1.5公分,以細菌及其他浮游生物為食,是一種掠食性的無脊椎動物。研究團隊發現,成年Leptodora的單位汞含量,是其他浮游生物的兩倍。最特殊的是,成年的Leptodora會表現出晝夜垂直遷徙(DVM, diel vertical migration)的特性。

白天Leptodora會聚集在缺氧的底層,以躲避利用視覺進行捕食的魚類。到了夜晚,Leptodora會浮到湖泊的中上水層活動。Leptodora就像是湖泊裡的汞電梯,在晚上將大量的汞從湖底帶到水的上層,使中上水層的魚群暴露在汞濃度較高的環境下。

在優養化且能見度低的水體中,部分魚類會利用力學感受器(mechanoreceptors)[註一]捕食體型較大的浮游動物。在Katepwa湖,黃鱸魚體內汞含量較高的原因,可能就是因為攝入較多成年的Leptodora。這也解釋了為什麼在夜晚捕食的黃鱸魚子群體,汞濃度會是白天沿岸覓食子群的兩倍。

現今許多汞相關的檢測,是通過分析水體中生物的毒素含量。如果研究的取樣時間都集中在白天,就可能沒取樣到汞含量較高的生物體。這項研究指出,未來在進行相似的環境研究與分析時,生態系的食物網及生物的生活型態,或許會是獲得正確資料的重要指標。此外,科學家們也正在研究Leptodora是否會攜帶甲烷進行垂直遷徙。如果是,那麼這台汞電梯或許還會將其他有害物質,從湖底帶到水面。

 

原文出處:Science: July 1, 2020, ‘Ghost fleas’ bring toxic mercury up from the depths of prairie lakes

參考資料:Mercury Elevator in Lakes: A Novel Vector of Methylmercury Transfer to Fish via Migratory Invertebrates. Environ. Sci. Technol. Lett. 2020 doi: doi.org/10.1021/acs.estlett.0c00446

註釋:

[註一]圖片為Daphnia magna並非內文提及的Leptodora kindtii但兩種蚤類都是屬於枝角目(Cladocera)。
[註二] 力學感受器是生物感受壓力、變形等力學刺激的受體(詳見維基),魚類可透過力學感受器感受水流的強弱及變化,甚至用以捕食。

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