成年雌性北海狮捕食性鱼类摄入量与幼崽汞污染的正相关关系研究

《Canadian Journal of Zoology》：Predatory fish consumption by adult female Steller sea lions is positively related to mercury contamination of pups

本研究针对北极海洋生态系统中汞污染日益严重的问题，通过分析成年雌性北海狮（Steller sea lion）晚孕期饮食与幼崽胎毛总汞浓度（[THg]）的关系，揭示了捕食性鱼类摄入是幼崽汞暴露的关键途径。研究人员利用稳定碳（δ13C）和氮（δ15N）同位素混合模型（SIMM）发现，幼崽胎毛[THg]越高，其母体在晚孕期摄入的捕食性鱼类比例越大，且这种关系在阿姆奇特卡海峡（Amchitka Pass）东西两侧海域均存在。该研究为理解汞在海洋食物网中的生物放大效应及顶端捕食者的健康风险提供了重要依据。

　　

在广阔的北极海洋生态系统中，环境汞污染已成为一个日益严峻的挑战。汞，尤其是毒性更强的甲基汞，具有生物放大效应，意味着它在食物链中会逐级富集，最终对处于营养级顶端的海洋哺乳动物构成严重威胁。北海狮（Steller sea lion, Eumetopias jubatus）作为北太平洋的关键捕食者，其种群健康是衡量生态系统状况的重要指标。然而，早在2011年至2015年间，研究人员就在阿拉斯加阿留申群岛西部和中部的一些北海狮幼崽的胎毛（lanugo）中检测到了异常高的总汞浓度（[THg]），部分幼崽的汞含量甚至超过了已知对鳍足类动物可能产生毒性的阈值（20 μg/g干重）。更令人担忧的是，后续监测发现，位于阿姆奇特卡海峡（Amchitka Pass）以西的Agattu岛等繁殖地的幼崽，其胎毛中的汞浓度在2011至2019年间显著上升。是什么导致了幼崽如此高的汞暴露？是它们所处海域的猎物本身汞含量就高，还是它们的母亲在怀孕期间选择了不同种类的食物，从而无意中将更多的汞传递给了发育中的胎儿？为了解开这个谜团，一个由美国阿拉斯加大学费尔班克斯分校等机构组成的研究团队开展了一项深入调查，其成果发表在《Canadian Journal of Zoology》上。

为了回答上述问题，研究人员综合运用了多种技术方法。他们于2011-2015年及2017-2019年两个时间段，在阿留申群岛阿姆奇特卡海峡东西两侧的五个繁殖地，共采集了660只北海狮幼崽的样本。关键样本包括用于测定总汞浓度（[THg]）的幼崽胎毛，以及用于稳定同位素分析的幼崽触须（vibrissa）——通过分析触须特定区段的δ¹³C和δ¹⁵N值，可以反演其母体在晚孕期（胎儿胎毛生长阶段）的饮食构成。同时，研究团队在2011年及2020-2021年从商业拖网渔获物中获取了北海狮潜在的13种鱼类和头足类猎物样本，同样测定了其肌肉组织的[THg]和稳定同位素值。核心数据分析采用了贝叶斯稳定同位素混合模型（MixSIAR），以估算数百只成年雌性北海狮晚孕期饮食中不同猎物的比例，并探究其与幼崽胎毛[THg]、时间周期和地理区域的关联。

研究结果

[THg] in Steller sea lion pup lanugo

对幼崽胎毛的分析证实，阿姆奇特卡海峡以西繁殖的幼崽胎毛[THg]显著高于以东的幼崽。例如，在西部的Agattu岛，幼崽胎毛[THg]的中位数从2011-2015年间的8.005-13.448 μg/g上升到2017-2019年间的16.193-17.277 μg/g，增幅达216%，超过毒性阈值（20 μg/g）的个体比例也从18.8%增至45.6%。而东部Ulak岛的幼崽胎毛[THg]虽年份间有差异，但未呈现一致的上升趋势。

[THg] in prey

对潜在猎物的分析显示，在两个采样时间段内，捕食性鱼类（如太平洋鳕鱼、黄爱尔兰领主鱼等）的肌肉[THg]普遍高于非捕食性鱼类（如阿拉斯加鳕鱼、阿特卡马鲛鱼等）。然而，除了东部海域的箭齿鲽和勘察加鲽因后期采样个体更大导致[THg]升高外，大多数猎物种类的[THg]在2011-2015年和2020-2021年两个时期之间并未表现出系统性的一致升高趋势。这表明幼崽胎毛[THg]的升高不能简单地归因于整个食物网中汞背景水平的普遍提升。

Δ¹³C and δ¹⁵N isotopic space Steller sea lion pup vibrissa and prey—isotope biplots

稳定同位素双标图分析显示，西部海域猎物的δ¹³C值总体上比东部海域的猎物更为贫化（更负）。西部海域成年雌性北海狮幼崽触须的同位素值（经营养富集因子调整后）分布在猎物同位素空间的右上方区域，与高营养级（即捕食性）猎物的同位素特征重叠较多。而东部海域的个体同位素值分布相对分散，表明其母体食谱更多样化，且可能包含更多低营养级猎物。

Diet model results

贝叶斯混合模型的结果最为关键。在所有区域和时间段中，最受支持的模型都包含了“年份”和“幼崽汞类别”（低、中、高）作为影响饮食构成的重要因素。模型估算表明，无论是东部还是西部海域，产下高汞幼崽（胎毛[THg] ≥ 20 μg/g）的成年雌性北海狮，其在晚孕期摄入的捕食性鱼类比例均显著高于产下低汞或中汞水平幼崽的个体。例如，在2011-2015年西部海域，高汞幼崽母体的捕食性鱼类摄入比例估计在0.22到0.72之间，而东部海域同类个体的比例较低（0.04-0.34）。在2017-2019年，这种正相关关系依然存在。

Prey portions for the top models for each region and time period

对具体猎物贡献的分析表明，西部海域成年雌性北海狮在2011-2015年间的主要猎物是阿特卡马鲛鱼和岩鲽，而在2017-2019年间，阿拉斯加鳕鱼的贡献显著增加。东部海域个体的食谱在不同时期也有变化，例如太平洋鲈鱼的贡献在后期被阿特卡马鲛鱼取代。但由于样本量和猎物同位素值的重叠，个体猎物种类的贡献估计存在较大不确定性。因此，研究者将重点放在捕食性鱼类和非捕食性鱼类这两大类的比例比较上，结果更为稳健。

讨论与结论

本研究通过将稳定同位素示踪技术与汞含量分析相结合，有力地证明了成年雌性北海狮的冬季觅食生态，特别是对捕食性鱼类的偏好，是影响其幼崽通过胎盘暴露于汞的关键因素。尽管东西部海域猎物的汞含量存在区域差异，但幼崽胎毛汞水平的显著升高，尤其是西部海域的现象，主要与其母体摄入更高比例的捕食性鱼类有关，而非猎物本身汞含量的普遍增加。

这一发现具有重要的生态学和保护生物学意义。首先，它强调了顶端捕食者的饮食选择在污染物暴露风险评估中的核心地位。其次，研究建立的分析框架（利用幼崽触须反演母体饮食）为在难以直接观察的季节（如冬季）研究海洋哺乳动物的觅食生态提供了有效手段。这对于理解北海狮种群动态，以及评估气候变化和渔业活动对其潜在影响至关重要。最后，该研究结果可为区域性的渔业管理和环境保护政策提供科学依据，有助于在维护生态系统健康和兼顾人类经济利益之间寻求平衡点。未来研究可进一步探索驱动北海狮母体选择不同猎物的深层原因，以及汞暴露对幼崽生存和健康的长期影响。