Колибри и «химическая запись» перьев
Колибри линяют как минимум три раза за жизнь. Каждое такое обновление перьев позволяет этим птицам выполнять характерный зависающий полет — способность удерживаться в воздухе на месте. Но перо также может служить записью того, что происходило в жизни колибри на химическом уровне. Внутри перьев сохраняются питательные вещества, гормоны и — при наличии — загрязнители. В этих образцах доктор Рут Партида, исследовательница Автономного университета Кампечи (Мексика), увидела возможность воссоздать химическую историю региона.
Таким образом, она и другие учёные занялись профилированием юго-востока Мексики, включающего такие штаты, как Чьяпас, Кампече, Юкатан и Кинтана-Роо. Однако отбор проб у живых колибри даёт лишь часть хронологии. Чтобы получить более полную временную шкалу, учёные обратились к мексиканским научным коллекциям, которые служат инвентарями биологического разнообразия страны.
Научные коллекции как источник исторических данных
Хранение экземпляров колибри в различных биологических коллекциях началось в 1932 году, когда исследователи собирали и консервировали представителей этих птиц. Этот процесс продолжался до 2012 года, охватив в сумме восемьдесят лет данных. Хотя с момента отбора некоторых образцов прошло почти столетие, условия хранения позволили перьям сохранить «химический отпечаток» загрязнения тяжёлыми металлами. Это даёт учёным возможность проследить, как в окружающей среде изменялась степень загрязнения на протяжении нескольких десятилетий.
Для проведения исследования исследователи привлекли несколько коллекций, расположенных в разных регионах юго-востока Мексики. Некоторые экземпляры хранились в шкафах Автономного университета Кампечи (UACAM), другие — в орнитологических коллекциях Национального автономного университета Мексики (UNAM), Колледжа Южной Границы (ECOSUR) или в фондах Министерства окружающей среды и природного наследия штата Чьяпас. Все эти хранилища сформировали достаточно надёжный региональный архив для работы.
Исследуемые виды и методы
«В Мексике не было исходных данных по загрязнению тяжёлыми металлами», — поясняет доктор Рут Партида. «Отсюда возникла идея использовать научные коллекции, чтобы подчеркнуть их ценность». Совместно с исследователями из ECOSUR и Университета наук и искусств Чьяпаса Партида изучила загрязнение тяжёлыми металлами у таких видов, как ржаво-шейная колибри (Amazilia rutila), пестрохвостая колибри с бледным брюшком (Amazilia yucatanensis) и горная жемчужная колибри с зелёной горловиной (Lampornis viridipallens). В частности, они картировали концентрации ртути, мышьяка и свинца в перьях.
«Тяжёлыe металлы не разлагаются», — говорит Рут. «Они могут сохраняться в перьях веками». Кератин — белок, из которого состоят перья колибри — сохраняет эту химическую запись практически в неизменном виде, во многом благодаря плотной сети дисульфидных перекрёстных связей (связей между атомами). Это означает, что имеющие доступ к научным коллекциям исследователи могут сопоставлять особей, существовавших с разницей в десятилетия, и восстанавливать изменения в окружающей среде.
Как химические вещества попадают в перья
Во время развития пера ему поступают питательные вещества через сосуды, но вместе с ними могут поступать и токсические вещества. При наличии загрязнения организм птицы включает посторонние агенты в структуру пера. Это служит способом вывода: когда перо достигает полной длины, оно теряет кровоснабжение и дальнейшее воздействие на него прекращается, поясняет исследователь.
Работа стала возможной благодаря использованию вольтамперометрии — метода измерения, требующего всего нескольких миллиграммов образца для обнаружения тяжёлых металлов. Традиционные методы, замечает Партида, требовали гораздо больших количеств ткани — ограничение, которое практически исключало мелких видов из подобных исследований.
Исторические события и соответствие химическим следам
Учёные обнаружили, что результаты, полученные из коллекционных образцов, согласуются с событиями в экологической истории региона. Так, снижение содержания свинца в перьях совпадает с поэтапным выводом этого металла из бензина — одной из важнейших экологических мер предыдущего столетия. В то же время отдельные пики концентраций соотносятся с извержением вулкана Чичональ, которое сопровождалось выбросом следовых элементов (таких как ртуть, сернистые газы и пепел) в атмосферу. Влияние этого события также задокументировано в других экологических архивах.
После выброса соединения могут перемещаться на сотни или тысячи километров, прежде чем быть вновь осаждены дождями. Это означает, что даже экосистемы, считающиеся хорошо сохранившимися или включённые в охраняемые природные территории, могут получать загрязнители, эмитированные далеко от них. «Тяжёлыe металлы остаются в окружающей среде и могут испаряться или транспортироваться воздушными потоками в другие районы», — объясняет исследователь. Загрязнение не признаёт границ охраняемых территорий.
Механизмы переноса и воздействие на экосистемы
Частично это объясняется атмосферной динамикой, влияющей на движение металлов. В горах орографические осадки и постоянная влажность способствуют осаждению загрязнителей на листья, цветы и почву. Аналогично, питаясь нектаром или насекомыми в этих экосистемах, колибри могут поглощать эти металлы.
Хотя исследование прямо не оценивало физиологические эффекты загрязнения на колибри, данные по другим видам птиц указывают, что хроническое воздействие тяжёлых металлов может нарушать иммунную и репродуктивную системы, вызывать неврологические и респираторные повреждения. И, как отмечает Партида, это загрязнение может даже изменять симметрию крыльев, влияя на способность летать.
Экологические последствия и роль колибри
Помимо опасений за здоровье самих птиц, существуют и иные риски. Колибри выполняют важные экологические функции, такие как опыление. По словам биолога и исследовательницы Марии дель Коро Аризменди (не участвовавшей в исследовании), около семи тысяч видов растений зависят от колибри для размножения. Поскольку эти птицы встречаются исключительно в Америке, их роль критична для экосистем континента. Их присутствие способствует размножению местных растений и поддержанию генетического разнообразия флоры.
Аризменди поясняет, что опосредованные эти взаимоотношения поддерживают экологические сети, от которых зависят другие организмы и процессы — например, доступность пищи, регулирование водных режимов и способность реагировать на изменения окружающей среды.
Заключение: ценность коллекций и угроза загрязнения
В этом контексте биологические коллекции помогают восстановить историю загрязнения и выявить угрозы, которые не всегда видны в настоящем. «Проводя эту работу, мы показываем, что химическое загрязнение также должно рассматриваться как угроза для сохранения колибри», — заключает Партида.