Люди тесно взаимосвязаны с дикой природой. Они играют важную роль в здоровье и благополучии друг друга. Виды-охранники, к примеру, птицы — это хороший индикатор здоровья природы, который может посылать четкие знаки о возможной опасности.
Во время исследования ученые под предводительством Кендры Сьюэлл заметили, что уровень свинца могут влиять на нейронные механизмы вокального развития певчих птиц и влиять на влечение к половому акту. Исследуя действие свинца на певчих птиц, мы получаем новую информацию о его влиянии на нейронные связи человека.
«Наша работа показывает, что уровень свинца в воде, который пагубно влияет на человеческое здоровье, также опасен для мозга и самцов певчих птиц, ведь он может негативно сказаться на размножении таких видов», — рассказала Сьюолл.
Их выводы были опубликованы 8 января в журнале Ecotoxicology and Environmental Safety.
Свинец — металл, который, попадая внутрь, конфликтует с кальцием, влияющим на развитие мозга и многих функций организма. Именно поэтому считается, что нахождение свинца в крови пагубно сказывается на здоровье детей и животных.
Свинец также активно влияет на обучение вокалу — черту, присущую, как людям, так и певчим птицам. Это происходит потому, что данный процесс происходит в детстве, когда мозг стремительно растет и формируется.
Для данной работы ученые занялись изучением самцов зебровых амадин. Эти небольшие певчие птички являются прекрасной моделью того, как люди обучаются речи.
«В раннем возрасте люди и певчие птицы должны слышать вокализации взрослых, которые они запоминают и практикуют до тех пор, пока их вокализации не станут совершенными», — сказала Сьюолл. «Если певчие птицы или люди лишены взрослой модели или если их процессу обучения препятствуют экологические проблемы, такие как загрязнение свинцом, они не смогут воспроизводить нормальные вокализации».
Чтобы показать, что эта модельная система может иметь отношение к людям и нашему здоровью, исследователи должны были определить, усваивают ли птицы свинец так же, как дети. Сьюэлл и ее коллеги изучали молодых самцов зебровых зябликов, которые подверглись воздействию 1000 частей на миллиард свинца в питьевой воде, что сопоставимо с самыми высокими уровнями, зарегистрированными во Флинте, штат Мичиган, и измерили полученное количество свинца в их питьевой воде. кровь и ткань мозга.
Они обнаружили, что у мужчин, которые глотали зараженную воду, уровень свинца в крови колебался от 2,6 до 6,8.
«Уровни в крови вызывают беспокойство, но ниже того, что могло бы вызвать какое-либо серьезное вмешательство, если бы это были уровни в крови человека», — сказал Сьюолл. «Однако эти уровни в крови отрицательно повлияли на мозг и обучение у этих молодых птиц. Это подчеркивает тот факт, что свинец может быть действительно опасным, и что мы, вероятно, игнорируем уровни свинца в крови и окружающей среде, которые могут нанести ущерб людям и животным».
Чтобы узнать как можно больше из этого исследования, исследователи рассмотрели дополнительные физиологические конечные точки, включая другие аспекты обучения, окраску самцов и их способность привлекать внимание женщин.
Самцы певчих птиц, подвергшиеся воздействию свинца, воспроизводили песни худшего качества по сравнению с самцами контрольной группы. При дальнейшем осмотре исследователи также обнаружили, что в их мозгу были меньшие ядра, обучающие песне, или скопления нейронов в центральной нервной системе.
Помимо плохого качества песни, самцы, обработанные свинцом, также имели различия в окраске. Самцы зебровых зябликов используют танцы, повязки на щеках и яркие клювы для привлечения самок. У самцов, подвергшихся воздействию свинца, на щеках были пятна с меньшим оттенком и красной насыщенностью, чем у контрольных самцов.
Из-за более низкого качества песни и тусклой окраски самки меньше отдавали предпочтение самцам, обработанным свинцом, и способность самцов привлекать партнера была под угрозой. Это открытие, в частности, повышает вероятность того, что самцы птиц, подвергшиеся воздействию токсичных веществ из окружающей среды, могли снизить репродуктивный успех. Однако неясно, может ли это иметь негативные последствия для воспроизводства и сохранения популяций диких певчих птиц.
Исторически сложилось так, что исследования были в значительной степени сосредоточены на краткосрочных последствиях высоких уровней токсичности в окружающей среде, а не на долгосрочных последствиях длительного воздействия низких уровней загрязнителей окружающей среды.
«В течение многих лет мы знали, что такие животные, как калифорнийский кондор, подвержены риску смерти от поедания животных, убитых свинцовой дробью», — сказал Сьюолл. «Наше исследование предполагает, что у диких животных, подвергшихся воздействию низких уровней свинца, могло быть снижено воспроизводство, что является проблемой для поддержания здоровых диких популяций. Мне вспоминается цитата из «Тихой весны» Рэйчел Карсон: «Но человек является частью природа, и его война против природы неизбежно война против самого себя»».
Двигаясь вперед, Сьюэлл и команда изучат механизм, с помощью которого эти низкие уровни свинца могут ухудшить обучение и косвенно повлиять на репродуктивный успех певчих птиц. Сотрудник и член Центра глобальных изменений, Крис Томпсон, доцент Школы нейробиологии Технологического института Вирджинии, будет помогать в исследованиях, изучающих, как именно свинец мешает росту нервной системы и вызывает нейронные повреждения.
«Несмотря на то, что на протяжении многих десятилетий было известно, что свинец токсичен, особенно на раннем этапе развития, многое остается неизвестным о точных механизмах, с помощью которых он разрушает мозг и, как следствие, функциональных результатах, таких как общение», — сказал Уильям Хопкинс, директор Центра глобальных изменений. «Работа, проводимая Сьюэлл и ее коллегами, прольет свет на эту широко распространенную экологическую проблему, которая по-прежнему оказывает повсеместное неблагоприятное воздействие на здоровье и поведение как людей, так и диких животных».
Сьюэлл также будет работать с Джейми Корнелиусом, доцентом Университета штата Орегон, который изучает уровни свинца в крови певчих птиц, обитающих в парках во Флинте и его окрестностях. Команда Сьюолла будет проводить больше поведенческих и физиологических тестов диких птиц на этих участках.
Кристофер Гудчайлд, доцент кафедры биологии Университета Центральной Оклахомы, был первым автором статьи. Мишель Бек, доцент биологии Университета Ривье; Сэм Лэйн и Исаак ВанДист, аспиранты факультета биологических наук и отдела интерфейсов глобальных изменений IGEP; и Фрэнки Чесак, студент-невролог; все были соавторами. Все их знания и упорный труд сыграли решающую роль в выводах этого исследования.
«Для этого проекта было действительно важно получить от этих птиц всю возможную информацию», — сказал Сьюолл. «Мы изучили последствия воздействия свинца в воде на несколько физиологических конечных точек, неврологические исходы, а также обучение и поведение. Поэтому было действительно важно иметь разных людей, которые могли бы возглавить каждый компонент исследования».
Сьюолл благодарна Институту наук о жизни Фралина, Центру глобальных изменений и Институту критических технологий и прикладных наук за их постоянную поддержку ее прошлой и нынешней работы.
