巴西东北部赤道海域搁浅的沿海齿鲸（Sotalia guianensis）和远洋齿鲸（Pseudorca crassidens）体内的金属（类金属）浓度

《Biological Trace Element Research》：Metal(loid) Concentrations in Coastal (Sotalia guianensis) and Oceanic (Pseudorca crassidens) Odontocete Cetaceans Stranded Along the Northeastern Brazilian Equatorial Margin

　　摘要：鲸类面临着多种威胁，而污染已成为全球范围内保护鲸类的重要问题。本研究评估了两种具有沿海和海洋栖息习性的齿鲸类物种（分别为圭亚那海豚（Sotalia guianensis，n=11）和伪虎鲸（Pseudorca crassidens，n=8）组织中的金属（类金属）浓度，这两种鲸类均在巴西东北部赤道海岸搁浅。研究测量了肝脏、肌肉和肾脏样本中的银（Ag）、铜（Cu）、镉（Cd）、汞（Hg）和硒（Se）含量，结果以每克湿重（μg g?1）的平均值±标准偏差（SD）表示。在伪虎鲸样本中，所有个体中均检测到汞，其中肝脏中的汞浓度（794.1 ± 556.9 μg g?1）高于肌肉中的浓度（30.2 ± 16.7 μg g?1）；雌性在两种组织中的汞含量均高于雄性。在圭亚那海豚样本中，肝脏中的汞平均浓度也高于肌肉（1.6 ± 2.4 μg g?1 vs 0.4 ± 0.4 μg g?1），最高的汞浓度出现在肾脏（3.1 μg g?1）。仅在一个幼年个体（肝脏）中检测到可检测到的镉浓度（0.3 μg g?1）。对于铜（Cu）、银（Ag）和硒（Se），其含量在不同物种和组织间存在差异。观察到的物种间、性别间、年龄组间以及组织间的差异表明，生理因素、饮食和暴露时间会影响金属的积累。这些发现强调了考虑沿海与海洋栖息地利用、营养生态学及生活史在金属（类金属）生物累积中的重要作用，因为其中一些因素（如营养生态学）尚未在游戏中进行评估。

引言：齿鲸类（“有齿鲸”；目Cetacea；亚目Odontoceti）在维持海洋生态平衡中起着至关重要作用，它们既是顶级捕食者[1, 2]，也是重要的海洋生态系统健康监视者[3, 4, 5, 6]。然而，由于它们广泛的地理分布、较长的寿命和高营养级别，它们特别容易受到环境污染物（如金属和类金属）的生物累积影响[1, 2, 7, 8]。由于人类活动[1, 7, 8]，这些元素在全球海洋中的存在显著增加。主要通过工业排放、生活污水、采矿、港口活动和土壤淋溶过程[8, 9, 10]进入水生生态系统后，它们可以在海洋生物体内积累，并在某些情况下通过食物链传递[3, 7, 8]。事实上，金属（类金属）污染是目前海洋动物面临的主要威胁之一[8, 11]，会对暴露的动物造成毒理学风险，主要表现为诱导氧化应激，这可能损害蛋白质功能、破坏DNA并扰乱膜脂质[8, 9, 12, 13, 14]。因此，会观察到神经学、免疫学和肾脏方面的改变，以及免疫力下降和寄生虫感染增加[8, 10, 15, 16]。在这种情况下，评估自由活动的齿鲸类物种中的金属（类金属）水平对于建立特定物种和地区的参考数据库至关重要，以便进行比较并提高我们对这些污染物暴露对其健康和生存影响的理解。此外，这些污染物在组织中的浓度会因多种因素而异，包括性别、年龄、营养级别和地理位置[11]。因此，持续监测鲸类种群对这些毒物的暴露情况十分关键。

在巴西，尤其是东北部海岸，经常记录到鲸类搁浅事件。在该地区，圭亚那海豚（Sotalia guianensis）和伪虎鲸（Pseudorca crassidens）较为常见[17, 18]。搁浅事件为获取这些动物的生物学和毒理学数据提供了独特机会，有助于了解它们所面临的环境威胁[19, 20]。尽管巴西赤道边缘的波蒂瓜尔盆地（Potiguar Basin）由于其战略位置和丰富的生物多样性[21, 22]是研究这些事件的重要区域，但关于该地区搁浅物种中金属（类金属）水平的研究仍然较少，现有信息主要来自2013年在巴西东南部进行的一项研究[19]。圭亚那海豚主要分布在热带和亚热带浅水区，尤其是在中美洲和南美洲的大陆架上，偏好河口、海湾和受保护的沿海地区[23, 24]。它们的食物主要由硬骨鱼类组成，特别是Sciaenidae和Mugilidae科鱼类，其次是头足类动物（如鱿鱼）和甲壳类动物。它们的觅食行为具有机会主义特点，会根据地理位置和季节变化捕食丰富的猎物[25, 26, 27]。相比之下，伪虎鲸是一种大型齿鲸类，以其复杂的社会行为、多样的饮食以及在热带和温带水域的广泛分布而闻名，通常与海洋环境或较深的大陆架相关[28, 29]。它们的食物主要由大型鱼类和鱿鱼组成，并表现出合作狩猎行为，偶尔也会捕食其他鲸类[30, 31, 32]。分析具有不同栖息地利用模式和进食策略的物种的组织可以提供有关金属（类金属）污染在齿鲸类中生态影响的宝贵见解。因此，本研究旨在分析两种具有沿海和海洋栖息习性的齿鲸类物种（分别为圭亚那海豚和伪虎鲸）组织中的总汞（Hg）、铜（Cu）、镉（Cd）、银（Ag）和硒（Se）浓度，这两种鲸类均在波蒂瓜尔盆地搁浅。

材料与方法：
共获得了19个齿鲸类样本，包括11只圭亚那海豚（4雄性、6雌性和1只性别不明的个体）和8只伪虎鲸（4雄性和4雌性）（表1），这些样本来自波蒂瓜尔盆地的海滩监测项目（Projeto de Monitoramento de Praias - PMP）记录。采样工作由里奥格兰德州海岸鲸类项目（Projeto Cetáceos da Costa Branca - Universidade do Estado do Rio Grande do Norte，PCCB-UERN）在2013年至2018年间每年通过SISBIO/ICMBio授权号13694-9进行的海滩监测活动中进行。该区域西北部与塞阿拉州（Ceará）的阿基拉兹市（Aquiraz，03°49′ 20.9″ S, 38°24′ 07.8″ W）接壤，东部与里奥格兰德州（Rio Grande do Norte）的凯萨拉多诺尔特市（Cai?ara do Norte，05°05′28.6″ S, 36°17′37.9″ W）接壤（图1）。自2010年以来，PCCB-UERN一直在协调波蒂瓜尔盆地的海滩监测工作，这是IBAMA针对PETROBRAS（巴西石油公司；协议号2500.005657510.2）的石油和天然气勘探活动要求的环保监测义务的一部分。

表1：调查的齿鲸类物种数据，包括动物代码、物种、分解代码、总长度（厘米）、生命阶段和性别。

分析方法：
由于样本数量有限，并非每个个体的所有三种组织类型都能进行分析，但至少每种样本的一个组织类型至少检测了一种元素。汞（Hg）的分析按照Bisi等人的方法[36]进行。简单来说，将0.3克（湿重）的肌肉、肾脏和肝脏样品与过氧化氢（Merck?）以及硫酸（Merck?）和硝酸（Merck?）的混合溶液（比例为1:1）一起消化。提取物在水浴中加热至60°C持续两小时，然后加入高锰酸钾（KMnO4，5%，Sigma-Aldrich?）。总汞浓度通过冷蒸气原子吸收光谱法（CVAAS – Flow Injection Mercury System, FIMS-400, Perkin Elmer）测定。使用经过认证的参考物质（CRM）DORM-3（加拿大国家研究委员会-NRC）和内部认证物质（MAQUA ICM）验证了分析方法的准确性和精度，并分析了分析空白样品和重复样品，相对百分比差异<20%。CRM的回收率为：DORM-3 = 103.08 ± 2.4%，MAQUA ICM的回收率为：MIR-F1 = 108.29 ± 2.0% 和 MIR-M1 = 100.71 ± 2.87%。汞的检测限（LoD）为0.000017 μg L?1，定量限（LOQ）为0.00077 μg g?1。浓度以每克湿重（μg g?1）表示。其余元素（铜（Cu）、镉（Cd）、银（Ag）和硒（Se）的测定遵循Dorneles等人的方法[37]。简单来说，将每个样本约0.3克的两个等分样品与2毫升硝酸（HNO?，65%，Merck?）混合并放置过夜。然后将溶液在水浴中加热至60°C持续两小时。冷却后，将其转移到15毫升试管中，并用超纯水（Milli-Q）稀释至最终体积10毫升。元素浓度通过电热石墨炉原子吸收光谱法（ZEEnit 650P, Analytic Jena）测定。使用硝酸钯（Merck?）和硝酸镁（Merck?）作为基质修饰剂。分析方法的准确性和精度通过使用认证参考物质（TORT-2和DOLT-4）进行验证，平均回收率（平均值±标准偏差，%）分别为：铜（Cu）99 ± 7.02，镉（Cd）96 ± 7.69，银（Ag）100 ± 6.22，硒（Se）99 ± 4.95。还通过分析程序空白样品（< 5.0 × 10?3 μg g?1）和样品重复样品（变异系数< 25%）进行了质量控制。LoD分别为：铜（Cu）0.00045，镉（Cd）0.00025，银（Ag）0.00020，硒（Se）0.00020 μg g?1，相应的LOQ分别为：0.00149，0.00083，0.00066，0.00066 μg g?1。浓度以每克湿重（μg g?1）表示。

数据分析：
由于样本数量较少，数据是通过描述性统计方法评估的，整个数据集被合并，不区分搁浅年份，然后进一步按物种、性别和年龄组进行分层，没有进行进一步的统计分析。在将两性合并统计时，肝部的汞浓度范围为2.5至1,720 μg g?1，平均值±标准差（SD）为794.1±556.9 μg g?1，远高于肌肉中的浓度范围（1.0至52.6 μg g?1，SD为30.2±16.7 μg g?1）。按性别分开统计后，女性在肝脏（974.9±679.9 μg g?1）和肌肉（33.5±15.9 μg g?1）中的汞含量均高于男性（分别为613.4±417.5 μg g?1和26.8±19.3 μg g?1）。这可能表明女性受到更高的汞暴露，或者其排泄效率较低，或者在妊娠或哺乳等生理过程中汞会发生迁移。然而，由于本研究样本量较小，这一结论需要谨慎解读。其中一个肝脏样本还进行了铜（Cu）的分析，但其浓度低于检测限（LoD）。

共发现有11只S. guianensis个体搁浅，其中包括4只雄性（2只幼体和2只成年个体）、6只雌性（3只幼体雌性和3只成年个体）以及1只性别不明的个体。仅对4只个体的肝脏进行了汞含量分析，所有11只个体的肌肉组织和1只个体的肾脏组织也进行了分析。尽管样本量不足以进行肝脏和肌肉中汞浓度的统计比较，但值得注意的是，4个肝脏样本的平均浓度（1.6±2.4 μg g?1）明显高于11个肌肉样本的平均浓度（0.4±0.4 μg g?1）。这种现象与肝脏的生物累积能力有关，因为肝脏是代谢和排毒的主要器官，从而导致这些金属在体内的累积更多[38, 39]。然而，唯一一个肾脏样本中的汞浓度更高（3.1 μg g?1），超过了肝脏和肌肉中的水平。这可能表明汞在肾脏组织中有优先累积或滞留的现象，可能反映了最近的暴露情况、物种特有的排泄机制，或该个体的排毒功能受损[39, 40]。不过，需要通过对更多样本的进一步分析来验证或推翻这一假设。

对于这一物种，还分析了2个来自雌性的肝脏样本（1个幼体和1个成年个体）中的银（Ag）、铜（Cu）、镉（Cd）和硒（Se）含量。在镉方面，只有幼体个体检测出可检测到的水平（0.3 μg g?1）。两个样本中的铜中位浓度为33.0 μg g?1，银为0.1 μg g?1，硒为0.6 μg g?1。

对于肌肉组织，分析了5个样本中的铜含量，包括之前分析肝脏的2个个体，以及另外3个个体（1只幼体雄性、2只幼体雌性和2只成年雌性）。这些样本中的铜平均浓度为1.0±0.5 μg g?1。同样的5个样本也进行了镉含量分析，所有值均低于检测限。硒在4个个体中进行了分析，其中1只幼体雄性、2只成年雌性和1只幼体雌性的样本中硒含量低于检测限，中位浓度为0.4 μg g?1。

在肾脏样本中，分析了2个个体中的汞含量，分别为1只成年雌性和1只幼体雄性，其浓度分别为3.1 μg g?1和低于检测限（< LoD μg g?1）。成年雌性和幼体雄性肾脏样本中汞浓度的差异可能是由于它们不同的年龄和暴露时间造成的：成年雌性可能通过饮食和环境接触长期累积了更多的汞，而幼体雄性由于年龄较小和寿命较短，暴露时间有限[8, 40, 41]。然而，其他因素也可能影响这种差异，如个体间的饮食差异、营养级差异和觅食区域差异，以及性别特异性的排毒或排泄速率[41]。性别相关的差异也可能与汞的脱甲基化效率及其在体内参与排毒过程的元素的生理储存量的差异有关，特别是硒在汞的隔离和排毒中起着重要作用[42]。此外，个体间组织特异性元素吸收和保留率的差异也可能进一步导致观察到的变异性。成年雌体中的高浓度可能表明其最近有急性汞暴露，或者排毒能力受损，或者在生理应激、饥饿或分解过程中有其他组织中的汞释放[40, 43]。由于这些个体不一定来自同一群体，觅食区域、猎物组成和局部暴露条件的差异也可能影响汞的摄入和累积模式[44, 45]。此外，尽管汞浓度在分解过程中可能相对稳定[46]，但在稳态调节更严格的其他元素可能更容易发生变化，特别是在经历饥饿或严重分解的动物中[46]。这些过程在当前研究中并未直接评估，但应在未来的研究中进行重点研究。

成年雌性的铜、镉、银和硒含量分别为3.8 μg g?1、0.2 μg g?1、0.07 μg g?1和3.6 μg g?1。

在沿海生活的S. guianensis和海洋生活的P. crassidens中检测到的不同金属（类金属）模式可能反映了与栖息地利用和生活史相关的不同生态和生理因素。像P. crassidens这样的海洋齿鲸通常以较大、营养级较高的猎物为食，包括大型鱼类、头足类动物，偶尔也吃其他鲸类[32]，它们通常处于海洋食物链的较高位置，并通过生物放大作用累积更多的金属（类金属）[31, 32]。相比之下，沿海生活的S. guianensis的饮食更加多样，主要由较小的真骨鱼类和无脊椎动物（如甲壳类动物和头足类动物）组成，它们处于较低的营养级，寿命较短[25, 26, 27]。这种饮食差异可能导致它们累积的金属（类金属）较少。此外，沿海栖息地的污染源和污染动态可能与离岸环境不同[47, 48, 49]，进一步影响了这些物种中的污染物分布。因此，除了生物和化学因素外，许多生态变量（如猎物大小、营养级和栖息地污染模式）也可能共同导致海洋齿鲸和沿海齿鲸间金属（类金属）浓度的差异。

先前的研究也报告了海洋齿鲸较高的肝脏汞浓度，这进一步证实了营养级和猎物偏好对金属生物累积的影响。例如，在大西洋搁浅的P. crassidens的肝脏汞浓度超过了1,000 μg g?1（湿重量），与本研究的结果相似[8]。相比之下，来自巴西东南部沿海地区的S. guianensis的肝脏汞浓度通常低于5 μg g?1（湿重量），平均为1.0 μg g?1[41]，与我们的样本结果一致。这与文献中的发现一致，表明与栖息地相关的饮食差异是影响污染物分布的关键因素。

从生态毒理学的角度来看，P. crassidens中检测到的高肝脏汞浓度值得关注，因为即使汞浓度低至100 μg g?1（湿重量），也已被报道会对海洋哺乳动物产生不利影响，包括神经系统损伤、免疫抑制和繁殖成功率下降[15, 50]。然而，不同物种的毒性阈值可能有很大差异，在解读这些数据时应谨慎，因为为某一组织类型建立的阈值可能不适用于其他组织。在P. crassidens中，肝脏汞浓度高达1,720 μg g?1，明显高于Rawson等人[51]报告的宽吻海豚（Tursiops truncatus）的443 μg g?1。尽管T. truncatus也被认为是海洋物种，但P. crassidens较高的汞浓度可能反映了它有能力进入更深的水域，在那里甲基汞（MeHg）等形式的汞暴露可能更高，而甲基汞是最有毒的形式[52]。在S. guianensis中，尽管总体金属（类金属）浓度较低，但在某些个体中检测到镉和银的存在，尽管含量较低，这表明它们可能接触了局部的人为污染源，如工业废水和港口活动，因此需要继续监测。

需要注意的是，由于某些金属和组织的样本量有限，限制了严谨的统计比较和全面评估个体间变异性的能力。尽管如此，这里提供的数据为波蒂瓜尔盆地提供了宝贵的基线信息，因为关于该地区海洋哺乳动物的生态毒理学信息非常有限。未来的研究应增加样本量，采用稳定同位素分析来更精确地估计营养级，并调查沿海和海洋栖息地中的潜在污染源，以明确暴露途径、评估时间趋势，并更好地理解金属（类金属）浓度对齿鲸种群健康和保护的影响。

结论
本研究的结果揭示了两种分析物种间金属（类金属）分布的差异：P. crassidens的总汞浓度较高，特别是在肝脏组织中，这可能反映了其海洋分布、较高的营养级以及以寿命较长的猎物为食的特点，这些猎物容易在体内积累更多的金属（类金属）。相比之下，S. guianensis的多数元素浓度较低，这与它们以较小的、营养级较低的猎物为食的沿海饮食习惯一致。这些发现强调了栖息地利用、营养生态和生命史对齿鲸体内金属（类金属）累积的影响，进一步强调了在海洋生态毒理学评估中考虑生态背景的重要性。从生态毒理学的角度来看，两种物种在暴露途径和对金属（类金属）累积的相对敏感性方面可能存在差异，这有助于指导未来的监测和保护工作。然而，由于样本量有限，更深入的解读受到限制。