Элементарные металлы естественным путём присутствуют в окружающей среде, и некоторые из них играют существенную роль в рационе позвоночных животных.
Однако концентрации многих металлов в природе увеличились в результате антропогенного воздействия, достигнув уровней, которые становятся вредными, а не полезными для облученных людей. Как правило, промышленные районы в наибольшей степени страдают от такого рода явлений.
Уровень содержания металлов также высок в городских районах, что вызывает обеспокоенность здоровьем людей и дикой природы. Обычно для оценки потенциального вредного воздействия многих поллютантов окружающей среды изучается их воздействие на индикаторных животных, включая несколько видов диких птиц.
Последствия загрязнения металлами для птиц включают снижение иммунной функции, завышенный окислительный стресс и нарушение воспроизводства.
Для определения этих эффектов обычно требуются инвазивные методы, такие как взятие образцов крови для измерения показателей здоровья. Задействование иммуностимулянтов для оценки индивидуальной чувствительности, отбор яиц и/или отдельных особей для образцов тканей на наличие металлов.
Такие инвазивные методы зачастую не могут быть оправданы этически, если только не считать, что уровень загрязнения уже является значительным, что может произойти лишь тогда, когда трудно остановить вырождение окружающей среды и сокращение населения.
Декоративная окраска птиц является надежной и неинвазивной альтернативой этим инвазивным подходам, поскольку позволяет выявить физическое состояние птиц, что в свою очередь указывает на ранние последствия загрязнения природы.
Она показывает сумму всех факторов воздействия на природу. Эта связь означает, что локальное уменьшение окраски орнаментов может свидетельствовать о первом незначительном ухудшении качества окружающей среды, когда еще есть время для выявления и подавления источника деградации.
В ряде исследований уже изучалась связь между окраской птиц и загрязнением металлами с уделением особого внимания окраске на основе каротиноидов и меланина. Однако влияние металлов на структурную окраску, особенно радужность, остается практически неизученным.
Одной из возможных причин недостаточного внимания, уделяемого взаимосвязи между загрязнением металла и радужной окраской, является сложность физических и химических механизмов, лежащих в основе этого процесса.
"Раскалённая" окраска получается в из-за преломления света через специально расположенную наноструктуру пера, состоящую из слоев кератина и меланина. Каждый из этих слоев отвечает за различные характеристики получаемого цвета; оттенок (или цвет) определяется толщиной кератиновой коры барбул, так что птицы с более толстыми корами барбул имеют оперение, которое максимально отражает свет при большей длине волн.
Насыщенность цвета и УФ-отражение определяются концентрацией и типом гранул меланина, выпавших под кору кератина, таким образом, что птицы с большей плотностью меланина в барбулах имеют более насыщенный перламутр и пропорционально больше отражаются в УФ-волн.
Металлы могут потенциально влиять на производство радужных цветов с помощью нескольких неисключительных механизмов.
- Во-первых, некоторые элементы могут напрямую влиять на производство меланина, либо стимулируя его, либо предотвращая его, а также изменить структуру пера на основе кератина.
- Во-вторых, металлы обладают нарушающими эндокринными свойствами, что может привести к изменениям в производстве сексуальных гормонов, которые, как известно, регулируют производство меланина.
- Кроме того, металлы могут косвенно изменять состояние перьев, ухудшая их состояние, что, в свою очередь, может увеличить выработку кортикостерона - гормона стресса.
Предполагается, что древесные ласточки обнаруживают загрязнение близлежащих вод, поскольку они регулярно кормятся на расстоянии нескольких сотен метров от мест гнездования новыми насекомыми, от которых накапливается много поллютантов, включая металлы.
Для проверки ожидаемого негативного воздействия загрязнения на здоровье птиц, которое может отразиться на их окраске потребовалось определить, приводит ли увеличение концентрации металлов к снижению здоровья взрослых особей при размножении, измеряемое окислительным стрессом, и к упадку репродуктивности, измеряемой количеством молодняка в период размножения.
Декоративное окрашивание птиц было определено как мощный и неинвазивный инструмент для определения их подверженности металлическому загрязнению. Радужное окрашивание чувствительно к загрязнению металла, поскольку уже известно, что оно влияет на выработку меланина, и эта форма окрашивания возникает в результате отражения света в слоях кератина и меланина, содержащихся в барбулах перьев.
Оттенки оперения варьируются от синего до зеленого, а яркость перьев выше в районах с самой высокой концентрацией меди и цинка. Эти две тенденции являются нормальными последствиями эволюции микроструктуры пера. Удивительно, но увеличение воздействия этих металлов было связано с очевидным улучшением здоровья у самок ласточек, но не у самцов.
Количество молодых особей, прилетающих на зимовку, незначительно сократилось при контакте с металлами, но не изменилось в зависимости от цвета оперения родителей.
Взаимосвязь между декоративным цветом, в том числе радужным, и мерами по охране здоровья сложна. Для получения радужного перьевого цвета потребуется еще много исследований, чтобы обеспечить проактивный, неинвазивный и эффективный инструмент для обнаружения тонкого воздействия загрязнения на птиц.
