La contaminación por selenio de los ecosistemas de agua dulce es un problema de salud ambiental constante en todo el mundo. Un oligoelemento de origen natural, Los niveles de selenio son altos en algunas formaciones geológicas como las lutitas sedimentarias que forman gran parte del lecho rocoso en el oeste de los Estados Unidos. Suelos derivados de este lecho rocoso, y erosión de afloramientos de esquisto, puede aportar altos niveles de selenio a las cuencas hidrográficas circundantes.

Nueva investigación esta semana en Ciencia y tecnología ambiental de la Profesora Asistente de Recursos Naturales y Medio Ambiente de la UConn Jessica Brandt con Travis Schmidt y sus colegas del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) investiga algunas de las complejidades del selenio y cómo se mueve a través del ecosistema durante los eventos de escorrentía y como resultado del riego estacional de suelos enriquecidos con selenio.

La investigación se centró en la cuenca inferior del río Gunnison en Colorado, un área afectada por el lecho rocoso enriquecido con selenio conocido como el esquisto de Mancos del Cretaco superior, y hábitat crítico designado para el chupador de espinas (Xyrauchen texanus) y el pikeminnow de Colorado (Ptychocheilus lucius). Entre junio de 2015 y octubre de 2016, el equipo de investigación tomó muestras de agua y vida silvestre en seis viajes de muestreo y a lo largo de 60 millas de río entre Austin y Grand Junction, CO.

Brandt explica que el enfoque del estudio fue el momento del movimiento del selenio a través de la red alimentaria fluvial. Las partículas, incluidas las algas, absorben el selenio del agua en la base de la red alimentaria. Los invertebrados y algunos peces pequeños se alimentan directamente del material particulado, y los peces más grandes se comen a los invertebrados y los peces más pequeños.

"El selenio es un micronutriente esencial que se adquiere a través de la dieta, pero la exposición excesiva amenaza la salud de los animales que ponen huevos, incluidos peces y aves acuáticas. Además de eso, el momento de la exposición es importante. Por ejemplo, demasiado selenio como embrión es particularmente preocupante porque perjudica el desarrollo y reduce las posibilidades de eclosión y supervivencia a las etapas de la vida adulta. Queríamos saber cuándo a lo largo del año, ¿Están los peces expuestos a las concentraciones más altas de selenio en la red alimentaria? ¿Coinciden esos períodos con ventanas de reproducción y desarrollo temprano de la vida? ¿Están alineados con períodos de mayor movilización de selenio hacia el río? "

En la mayor parte, las respuestas a esas preguntas fueron sí. Las concentraciones de selenio alcanzaron sus concentraciones más altas en las presas de peces en abril y agosto de 2016 cuando el selenio se impulsa al río desde el deshielo y durante el riego de los campos agrícolas. Al modelar las concentraciones de peces a partir de los niveles de selenio más bajos en la red alimentaria, Brandt y sus colaboradores predijeron que los niveles de selenio en todo el cuerpo eran más altos durante la primavera y el verano. Durante estos períodos, los huevos están madurando en los peces adultos antes del desove y los peces jóvenes del año están experimentando etapas de desarrollo que son susceptibles a altas exposiciones al selenio.

Brandt explica que el estudio es importante debido a su enfoque en un sistema de agua de flujo rápido. La mayoría de los estudios de casos de masas de agua contaminadas con selenio se refieren a lagos y embalses donde el selenio alcanza altas concentraciones en peces y aves después de pasar por la vía sedimento-detrito. Debido a que el agua se mueve más lentamente en estos sistemas, el selenio tiene más oportunidades de acumularse en la base de la red alimentaria. En los ríos por otra parte, Se cree que la mayor parte del selenio movilizado durante los períodos de alto flujo se eliminará antes de que pueda acumularse localmente.

"Observamos que las algas verdes pueden absorber selenio con bastante rapidez durante los períodos de alta movilización, probablemente de la columna de agua directamente. Una hipótesis en el futuro es que las vías de absorción de las algas para la entrada de selenio a las redes alimentarias acuáticas, en lugar de vías sedimentarias-detríticas, podría dominar en ríos y arroyos. Este estudio indica que debemos dedicar más tiempo a pensar en los riesgos del selenio en los ríos ".

Brandt dice que esta investigación tiene implicaciones para la gestión del muestreo de selenio en los ríos. Por ejemplo, El muestreo de peces ocurre típicamente en el otoño cuando los resultados de este estudio sugieren que las concentraciones de selenio en los peces podrían estar en su nivel más bajo. Aún así, las concentraciones medidas eran altas,

"Probamos dace moteado y cacho de cola redonda en octubre de 2015 y 2016, "dice Brandt, "Las concentraciones de selenio en todo el cuerpo en más del 90% de estos peces estaban muy por encima de cuatro partes por millón, que es un umbral respaldado por investigaciones que muestran efectos adversos para la salud, como reducción del crecimiento y la supervivencia. Debido a que el río es hábitat de especies nativas en peligro de extinción, mantener la salud de los peces es una prioridad ".

Los niveles de selenio en la cuenca del río Gunnison inferior han sido una preocupación durante varias décadas y Brandt explica que los esfuerzos de remediación en curso en Gunnison han reducido los niveles en un 43% desde 1986. Pero tal vez se pueda hacer más para reforzar aún más estos esfuerzos.

"¿Necesitamos abordar las evaluaciones de selenio en ríos dañados de una manera diferente? Bueno, Vemos en este trabajo que las concentraciones de selenio en la red alimentaria son altas incluso con caídas en las concentraciones de agua durante los últimos treinta años o más. Esto destaca que la red alimentaria es el principal impulsor de la exposición al selenio y el riesgo potencial de toxicidad. Un monitoreo más frecuente del selenio de la red alimentaria en este sistema nos dará la mejor información sobre cómo manejar el selenio para cumplir con los objetivos de conservación de los peces ".

El problema del selenio en los huevos

Brandt explica que el mecanismo completo de la toxicidad del selenio aún no se comprende por completo y es probable que existan múltiples formas en que compromete la salud de un animal. La hipótesis inicial era que la sustitución del selenio por azufre en los aminoácidos, que son los componentes básicos de las proteínas, y provocó un funcionamiento inadecuado de las proteínas. Ahora sabemos que el metabolismo del selenio también causa estrés oxidativo. De cualquier manera, El selenio es un teratógeno, lo que significa que a ciertos niveles de exposición puede causar deformidades.

Con contaminantes que inducen deformidades, el momento de la exposición a lo largo del ciclo de vida de un organismo es fundamental porque los períodos específicos son más sensibles a las altas concentraciones de selenio. Brandt dice que la exposición excesiva al selenio es especialmente preocupante para los animales que ponen huevos como aves o peces porque las proteínas ricas en azufre que eventualmente se convierten en proteínas de la yema se producen en el hígado de la hembra adulta antes del desove. Si las hembras adultas están expuestas a niveles altos de selenio en su dieta, una alta tasa de sustitución de azufre por selenio en estas proteínas precursoras de la yema se traducirá en altos niveles de exposición al selenio para los embriones. Esta exposición temprana en la vida puede causar deformidades y mortalidad. A escala poblacional, La escasa supervivencia de los peces jóvenes y las aves puede hacer que las poblaciones colapsen.

"Vimos esto de manera dramática en Belews Lake (Carolina del Norte) y el embalse Kesterson en California durante las décadas de 1970 y 1980 y hemos estado trabajando para prevenir consecuencias similares en otros ecosistemas desde entonces".