Species-specific accumulation and body distribution of per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) in marine mammals along the Korean coast

Abstract

Marine mammals are long-lived apex predators in the marine ecosystem and are known for accumulating high levels of organic contaminants, such as Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs). Among the organic pollutants, PFASs are of great concerns due to the persistence, bioaccumulation, biomagnification, and toxicity to wildlife and humans. Although some legacy PFASs have been regulated by domestic and global authorities, data is scarce on occurrence and bioaccumulation of emerging PFASs, including precursors and alternatives. In particular, the bioaccumulation processes of legacy and emerging PFASs in wildlife are not understood. In the present study, the legacy and emerging PFASs were measured in various organs and tissues (blubber, muscle, kidney, liver, lungs, heart, intestine, stomach, melon, brain, placenta, and blood) from marine mammals, such as cetaceans and pinnipeds, to assess species-specific variations and body distribution of PFASs. The highest PFASs concentrations in all species were observed in liver tissue, followed by lungs and kidney, suggesting the preferential accumulation in proteinous organs. Perfluorooctane sulfonate (PFOS) and perfluoroundecanoate (PFUnDA) were the dominant compounds in all organs and tissues, followed by perfluorotridecanoate (PFTrDA). Among the species investigated, the juvenile finless porpoise (Neophocaena asiaeorientalis) and spotted seal (Phoca largha) showed the highest hepatic concentrations of PFOS (1310 ng/g and 194 ng/g wet weight) indicating high maternal transfer rate, while the fin whale (Balaenoptera physalus) showed the lowest concentration of (22.0 ng/g wet weight), due to its lower trophic level in the primordial ecosystem. Among the precursors and alternatives, perfluorooctane sulfonamide (FOSA) and chlorinated polyfluorinated ether sulfonic acid (F-53) were detected at a rate of 94% of target organs and tissues. Intra- and interspecific accumulation of legacy and emerging PFASs were observed due to differences in diet, habitat, and metabolism. The estimation of body burden of PFASs in finless porpoises suggests the higher composition of carboxylates (PFCAs) followed by sulfonates (PFSAs), F-53B and FOSA, indicating the widespread of PFCAs and their longer half-life in a living body. Although, brain is not a dominant organ for PFASs accumulation but the detection of longer-chain carboxylates (PFUnDA and PFTrDA) found in brain and placenta implies selective passage of PFASs for biological barriers and specify higher bioaccumulation potential of longer-chain PFCAs. Considering the high concentrations of PFASs, it is necessary to continuous regulation and management of toxic substances for better conservation of apex predators around the world. |해양포유류는 해양 생태계에 서식하는 상위포식자이며, 과불화화합물(Per- and polyfluoroalkyl substances, PFASs)과 같은 유기오염물질을 축적하는 것으로 알려져 있다. 과불화화합물은 잔류성, 생물축적성, 야생동물 및 인간에 대한 독성을 나타내며, 이로 인해 전세계적인 관심과 우려를 받고 있다. 일부 과불화화합물은 유엔환경계획(UNEP)의 스톡홀름 협약(Stockholm Convention)에 의해 규제되고 있지만, 전구체 및 대체체를 포함한 신규 과불화화합물의 발생 및 분포에 대한 정보는 부족한 실정이다. 특히 야생동물에서 기존 및 신규 과불화화합물에 대한 생물학적 축적 및 체내 분포에 대한 연구는 미비하다. 본 연구에서는 과불화화합물의 종 특이적 축적 및 체내 분포를 파악하기 위해 고래류 혹은 기각류와 같은 해양포유류의 다양한 장기 및 조직(지방, 근육, 신장, 간, 폐, 심장, 장, 위, 멜론, 뇌, 태반, 혈액)에서 기존 및 신규 과불화화합물을 분석하였다. 모든 생물 종의 간에서 가장 높은 총 과불화화합물 농도가 확인되었으며, 그 다음으로 폐와 신장에서 높은 농도가 확인되었다. 이 결과는 과불화화합물이 주로 단백질로 이루어진 장기에 우선적으로 축적됨을 시사한다. Perfluoroundecanoate (PFUnDA)은 모든 장기와 조직에서 지배적인 화합물이었고, 그 다음으로는 perfluorotridecanoate (PFTrDA)가 지배적이었다. 분석된 생물 종 중 어린 상괭이(Neophocaena asiaeorientalis)와 점박이물범(Phoca largha) 개체는 간에서의 Perfluorooctane sulfonate (PFOS)농도가 가장 높은 것으로 나타났으며 (각 1310 ng/g, 194 ng/g wet weight), 이는 해당 화합물이 어미로부터 전달되었을 가능성을 시사한다. 낮은 영양 단계를 가지는 참고래(Balaenoptera physalus)는 가장 낮은 PFOS 농도(22.0 ng/g wet weight)를 나타냈다. 전구체 및 대체제 중 Perfluorooctane sulfonamide (FOSA)와 (chlorinated polyfluorinated ether sulfonic acid (F-53B)는 분석된 장기 및 조직의 94% 검출빈도를 나타냈다. 과불화화합물에 대한 종내 및 종간 특이적 축적 패턴은 식이, 서식지 및 신진대사의 차이로 인한 것으로 추정된다. 상괭이에서의 과불화화합물 체내 총량을 계산하였을 때, Perfluorinated carboxylic acids (PFCAs) 화합물의 기여도가 가장 높았으며, perfluorinated sulfonates (PFSAs), F-53B, FOSA 순으로 높은 기여도를 나타냈다. 이 결과는 PFCAs의 광범위한 오염과 더 높은 생체 내 축적성을 가지는 것을 암시한다. 뇌는 과불화화합물이 축적되는 주요 조직은 아니지만, 뇌와 태반 조직에서 검출되는 긴 사슬의 PFCAs (PFUnDA 및 PFTrDA)는 생물학적 화학물질 장벽에 대한 과불화화합물의 선택적 통과와 긴 사슬 PFCAs의 해당 조직에 대한 축적 가능성을 의미한다. 해양포유류 장기 및 조직에서 검출되는 높은 농도의 과불화화합물을 고려할 때, 해양 생태계에 서식하는 야생동물의 더 나은 보전을 위해 유기오염물질에 대한 지속적인 관리와 규제가 필요하다고 할 수 있다.