Dans le tronçon du Grand Canyon du fleuve Colorado, deux espèces jouent un rôle démesuré dans le devenir du mercure dans l'écosystème aquatique, et leur nombre est modifié par les inondations. Alors rapporte de nouvelles recherches, Publié dans Avancées scientifiques , c'est l'un des premiers à fusionner l'écotoxicologie et l'écologie des écosystèmes pour retracer la façon dont le mercure circule dans les réseaux trophiques aquatiques, puis se propage à terre.

Le mercure est un contaminant environnemental présent dans les écosystèmes du monde entier. Sous sa forme organique, c'est une neurotoxine puissante qui peut nuire aux humains et à la faune. L'accumulation de mercure chez les animaux et son amplification le long des chaînes alimentaires sont bien étudiées. Les voies empruntées par le mercure à travers les réseaux trophiques pour atteindre les principaux prédateurs sont moins bien comprises, comme les poissons et les oiseaux, et comment ces voies pourraient changer après de grandes perturbations de l'écosystème, comme les inondations.

Emma Rosi est écologiste aquatique au Cary Institute of Ecosystem Studies et co-auteur principal de l'article. Elle explique, "En combinant des données sur les concentrations de mercure dans la vie aquatique avec des réseaux trophiques bien étudiés, nous avons pu révéler comment le mercure se déplace dans un écosystème. Nous avons découvert que les inondations et une espèce envahissante ont toutes deux influencé le flux de ce contaminant de préoccupation mondiale. »

Les caractéristiques des organismes vivant dans un écosystème - leur physiologie, ce qu'ils mangent, et ce qui les mange—déterminer le mouvement et l'exposition des contaminants. Ces facteurs ont rarement été inclus dans les modèles de flux et de devenir des contaminants. "L'association de concentrations de contaminants et de réseaux trophiques très détaillés a le potentiel d'améliorer la gestion des contaminants dans les écosystèmes, " note Rosi.

Pour étudier ces voies, l'équipe de recherche a développé des réseaux trophiques à base de mercure pour six sites couvrant 225 miles du fleuve Colorado, s'étendant en aval du barrage de Glen Canyon dans le parc national du Grand Canyon. L'échantillonnage du réseau trophique a eu lieu de façon saisonnière sur deux ans. Sur chaque site, ils ont mesuré les algues, invertébrés, et du poisson pour déterminer qui mangeait quoi et ce que cela signifiait pour l'exposition au mercure à chaque niveau du réseau trophique.

Les insectes (mouches noires et moucherons) et les escargots de Nouvelle-Zélande envahissants étaient les invertébrés dominants dans la rivière. Ces animaux jouent un rôle vital dans le déplacement de l'énergie et des contaminants du bas de la chaîne alimentaire vers les poissons prédateurs situés au sommet. Le poisson comprenait le meunier à tête bleue indigène, Meunier de Flanelle, naseux moucheté, et le chevesne à bosse, ainsi que des espèces non indigènes telles que la carpe commune, Vairon à grosse tête, et la truite arc-en-ciel.

Les contenus stomacaux des invertébrés et des poissons ont été évalués pour identifier ce qu'ils mangeaient et en quelles quantités. Algues, détritus, et les animaux ont été analysés pour les concentrations de mercure et, combiné avec les données de régime, l'équipe a estimé la quantité de mercure que les animaux consommaient tout au long de l'année.

La complexité du réseau trophique variait selon les sites d'étude. Juste en dessous du barrage de Glen Canyon, les réseaux trophiques étaient simples avec peu d'espèces et de connexions au réseau trophique. Plus en aval, les réseaux trophiques avaient une plus grande diversité d'espèces et plus de connexions. Sur les sites d'étude, quelle que soit la complexité du réseau trophique, relativement peu d'espèces ont joué un rôle clé dans le mouvement du mercure.

Les algues et les minuscules particules de détritus étaient à l'origine de 80 % du mercure circulant vers les invertébrés. Dans les sites les plus proches du barrage, les escargots envahissants dominaient les réseaux trophiques. La truite était le seul poisson dans cette partie de la rivière, et ils sont incapables de digérer les escargots. Le mercure accumulé par les escargots n'a pas remonté la chaîne alimentaire. Parce que les escargots sont entièrement aquatiques, le mercure est retourné dans le réseau trophique détritique de la rivière lorsqu'ils sont morts.

Les larves de simulies étaient la source de 56 à 80 % du mercure circulant dans les poissons. Les mouches noires sont des proies privilégiées pour les poissons, comme la truite arc-en-ciel, et les simulies présentaient des contaminations au mercure plus élevées que les autres invertébrés. Les mouches noires qui échappent à la prédation et émergent de la rivière alors que les adultes volants transportent le mercure de la rivière vers la terre. Cela peut exposer les prédateurs terrestres, comme les oiseaux et les chauves-souris, au mercure qui a commencé dans la rivière.

La quantité de mercure que les mouches noires déplaçaient vers la terre dépendait du nombre de poissons affamés dans n'importe quelle partie de la rivière. Sur certains sites, les poissons ont mangé près de 100 % des larves de simulies, en laissant peu d'émerger. Sur d'autres sites, il y avait beaucoup plus de mouches noires que les poissons ne pouvaient en manger. Lorsque ces simulies sont devenues adultes, le mercure à l'intérieur d'eux a fait du stop jusqu'aux réseaux trophiques terrestres le long de la rivière.

Un an après le début de l'échantillonnage, les sites d'étude ont été inondés dans le cadre d'une libération planifiée de barrage. L'équipe a pu explorer les effets de l'inondation sur le mouvement du mercure dans les réseaux trophiques. Sur les sites proches du barrage, l'inondation a emporté un grand nombre d'escargots de boue néo-zélandais et a entraîné un boom des populations de simulies. Avec l'augmentation des mouches noires, plus de mercure coulait à la truite. Parce que la truite a englouti presque toutes les simulies sous leur forme larvaire, très peu du mercure accumulé dans ces insectes abondants a été transporté vers la terre par les adultes volants.

Rosi explique, « Les modifications apportées aux populations animales dans un écosystème auront un impact sur la façon dont le mercure se déplace dans un réseau trophique. Cela était particulièrement évident sur les sites où les inondations ont modifié la proportion de simulies par rapport aux poissons. Les inondations ont considérablement modifié les voies du mercure dans le simple réseau trophique de l'eau d'aval près du barrage , mais pas dans les réseaux trophiques plus complexes en aval."

« Les espèces envahissantes et les barrages sont courants dans les rivières du monde entier, et les deux facteurs étaient en jeu dans le tronçon du Grand Canyon du fleuve Colorado, " dit Rosi. " Nous avons constaté que les inondations ont changé les espèces présentes sur nos sites d'étude, et le flux de mercure a changé avec ces changements."

« Comprendre les facteurs qui contrôlent le mouvement du mercure dans les réseaux trophiques peut aider les gestionnaires de ressources à protéger les écosystèmes sensibles à la pollution par le mercure, " dit David Walters, Scientifique de l'USGS et co-auteur principal de l'étude.

Rosi conclut, "Cette étude est passionnante car elle met en lumière la profondeur de la compréhension que nous pouvons atteindre lorsque nous fusionnons la pensée écologique et écotoxicologique. Caractéristiques de l'espèce, populations animales, interactions prédateur-proie, et les perturbations peuvent toutes influencer le mouvement des contaminants dans l'environnement. Comprendre l'interaction complexe de ces facteurs peut améliorer la gestion des risques d'exposition des animaux dans l'environnement."