Il piombo altera lo sviluppo degli uccelli canori


Il piombo altera lo sviluppo degli uccelli canori

Elevati livelli di piombo negli uccelli canori possono interferire con i meccanismi neurali dell'apprendimento e con quelli sottostanti degli esseri umani.

Il piombo (Pb) è un contaminante globale pervasivo che interferisce con finestre sensibili per lo sviluppo neurologico e provoca danni ossidativi ai tessuti. Gli effetti di un'esposizione moderata e alta al piombo sono stati ben studiati negli uccelli, ma non è chiaro se l'esposizione precoce di basso livello al piombo influenzi il fenotipo adulto. Gli uccelli canori femminili usano il canto e la colorazione di un maschio per discriminare tra maschi di alta e bassa qualità. Pertanto, se l'esposizione precoce al piombo interrompe la capacità di apprendimento del canto o sposta l'assegnazione dei pigmenti antiossidanti lontano dai tratti sessuali secondari colorati, gli uccelli maschi esposti al piombo possono essere meno attraenti per le femmine.

Gli esseri umani, la fauna selvatica e l'ambiente sono tutti interconnessi e svolgono un ruolo nella salute e nel benessere reciproci. Le specie sentinella, come gli uccelli, sono buoni indicatori di salute ambientale e possono inviare sottili segnali di avvertimento per avvisare gli esseri umani di un imminente pericolo.

In uno studio sperimentale sull'esposizione, pubblicato da Ecotoxicology and Environmental Safety, (1) la dottoressa Kendra Sewall, (2) professoressa associata di scienze biologiche presso il College of Science, e un team eterogeneo di scienziati e studenti hanno scoperto che livelli di piombo come quelli riportati a Flint, nel Michigan, possono interferire con i meccanismi neurali legati allo sviluppo degli uccelli canori, alterare il loro canto e influenzare negativamente le loro capacità di trovare il partener.

Esaminando gli effetti dell'esposizione al piombo negli uccelli canori, si sapranno maggiori informazioni su come questo metallo pesante influisce sull'apprendimento e sulle reti neurali sottostanti negli esseri umani, poiché condividono lo stesso periodo critico di apprendimento vocale.

«Il nostro studio mostra che i livelli di piombo nell'acqua, che sono noti per essere preoccupanti per la salute umana, hanno anche effetti negativi sul cervello e sulla capacità di apprendimento degli uccelli canori maschi e compromettono la loro capacità di attrarre un compagno», ha detto la professoressa Sewall, un membro della facoltà affiliato del Fralin Life Sciences Institute e del Global Change Center.

Il piombo è un metallo pesante. Quando ingerito, il piombo compete con il calcio, un nutriente fondamentale per la crescita del cervello, la funzione muscolare e la funzione neurale. Proprio per questo motivo, il Centro per il controllo delle malattie e l'Organizzazione mondiale della sanità considerano qualsiasi quantità rilevabile di piombo nel sangue pericolosa per i bambini e la salute degli animali.

Un processo è particolarmente vulnerabile all'esposizione al piombo: l'apprendimento vocale, una caratteristica condivisa da esseri umani e uccelli canori. Questo perché questa forma di apprendimento si verifica in tenera età, quando il cervello sta subendo una notevole crescita e riorganizzazione.

Per questa particolare ricerca, i ricercatori hanno studiato i fringuelli zebra maschi. Questi piccoli uccelli canori altamente socievoli delle terre selvagge dell'Australia sono un modello eccellente per come gli esseri umani imparano a parlare. Non solo i fringuelli zebra imparano le loro canzoni nello stesso modo in cui lo facciamo noi, ma hanno anche aree cerebrali che sono analoghe alle nostre regioni cerebrali di apprendimento vocale.

«All'inizio della vita, gli esseri umani e gli uccelli canori devono ascoltare le vocalizzazioni degli adulti che memorizzano e praticano fino a quando le loro vocalizzazioni non sono perfezionate», spiega la Sewall. «Se gli uccelli canori o gli esseri umani sono privati di un modello adulto, o se il loro processo di apprendimento è ostacolato da sfide ambientali come la contaminazione da piombo, non saranno in grado di produrre vocalizzazioni normali».

Per dimostrare che questo sistema modello può essere rilevante per l'uomo e la nostra salute, i ricercatori hanno dovuto determinare se gli uccelli metabolizzano il piombo allo stesso modo dei bambini umani. La dottoressa Sewall e i suoi colleghi hanno studiato giovani fringuelli zebra maschi che erano stati esposti a 1.000 parti per miliardo di piombo nella loro acqua potabile, un quantitativo paragonabile ai livelli più alti che sono stati riportati a Flint (nel Michigan), e poi essi hanno misurato la quantità risultante di piombo nel loro sangue e tessuto cerebrale.

Hanno scoperto che i maschi che avevano ingerito l'acqua contaminata avevano livelli di piombo nel sangue compresi tra 2,6 e 6,8.

«I livelli ematici sono preoccupanti, ma al di sotto di ciò che potrebbe innescare qualsiasi intervento importante se questi fossero livelli ematici umani», ha spiegato Kendra Sewall. «Eppure questi livelli ematici hanno influenzato negativamente il cervello e l'apprendimento in questi giovani uccelli. Ciò evidenzia il fatto che il piombo può essere davvero pericoloso e che probabilmente stiamo ignorando i livelli di piombo nel sangue e nell'ambiente che potrebbero causare danni a esseri umani e animali nello stesso modo».

Per imparare il più possibile da questo studio, i ricercatori hanno esaminato ulteriori endpoint fisiologici, inclusi altri aspetti dell'apprendimento, la colorazione maschile e la capacità dei maschi di attirare l'attenzione femminile.

Gli uccelli canori maschi che sono stati esposti al piombo hanno prodotto canzoni di qualità inferiore rispetto ai maschi di controllo. Dopo un'ulteriore ispezione, i ricercatori hanno anche scoperto che i loro cervelli avevano nuclei più piccoli per l'apprendimento del canto, o gruppi di neuroni nel sistema nervoso centrale.

Oltre alla scarsa qualità del brano, i maschi trattati con piombo avevano anche differenze di colorazione. I fringuelli zebra maschi usano danze, toppe sulle guance e macchie luminose per attirare le femmine. I maschi esposti al piombo avevano macchie sulle guance con meno tonalità e saturazione del rosso rispetto ai maschi di controllo.

A causa della scarsa qualità del canto e della colorazione opaca, le femmine mostravano una minore preferenza per i maschi trattati con il piombo e la capacità del maschio di attrarre una compagna era compromessa. Questa scoperta, in particolare, solleva la possibilità che gli uccelli maschi esposti a sostanze tossiche ambientali possano aver ridotto il successo riproduttivo. Tuttavia, non è chiaro se ciò possa avere effetti negativi sulla riproduzione e sulla persistenza delle popolazioni di uccelli canori selvatici.

Storicamente, la ricerca è stata fortemente concentrata sulle conseguenze a breve termine di livelli elevati di sostanze tossiche ambientali, piuttosto che sulle conseguenze a lungo termine di un'esposizione prolungata a bassi livelli di inquinanti ambientali.

«Sappiamo da anni che animali come il condor della California sono a rischio di morte per aver mangiato animali uccisi con pallini di piombo», ha detto la Sewall. «Il nostro studio suggerisce che gli animali selvatici esposti a bassi livelli di piombo potrebbero avere una riproduzione ridotta, che è una preoccupazione per il mantenimento di popolazioni selvatiche sane. Mi viene in mente una citazione da 'Silent Spring' di Rachel Carson, “ma l'uomo fa parte della natura, e la sua guerra contro la natura è inevitabilmente una guerra contro se stesso”».

Andando avanti, la dottoressa Sewall e il team studieranno il meccanismo mediante il quale questi bassi livelli di piombo possono compromettere l'apprendimento e indirettamente il successo riproduttivo degli uccelli canori. La collaboratrice e affiliata del Global Change Center, la dottoressa Chris Thompson, (3) assistente professoressa presso la Virginia Tech's School of Neuroscience, assisterà con studi che esaminano esattamente come il piombo interferisce con la crescita neurale e causa danni neurali.

«Nonostante si sappia da molti decenni che il piombo è tossico, soprattutto durante lo sviluppo iniziale, molto rimane sconosciuto sui meccanismi precisi con cui interrompe il cervello e sui risultati funzionali risultanti come la comunicazione», ha detto il dottor William Hopkins, (4) direttore del Global Change Center. «Il lavoro condotto dalla dottoressa Sewall e dai suoi colleghi farà luce su questo problema ambientale pervasivo che continua ad avere effetti negativi diffusi sulla salute e sul comportamento sia degli esseri umani che della fauna selvatica».

La dottoressa Kendra Sewall lavorerà anche con la docente Jamie M. Cornelius, (5) una assistente professoressa presso l'Oregon State University che sta studiando i livelli di piombo nel sangue negli uccelli canori che vivono nei parchi dentro e intorno a Flint, nel Michigan. Il team di Sewall perseguirà ulteriori test comportamentali e fisiologici sugli uccelli selvatici in questi siti.

«Per questo progetto, è stato davvero fondamentale ottenere tutte le informazioni possibili da questi volatili», ha affermato la Sewall. «Abbiamo esaminato le conseguenze dell'esposizione al piombo in acqua per diversi endpoint fisiologici, risultati neurologici, apprendimento e comportamento. Quindi, avere persone diverse che possono guidare ogni componente dello studio è stato davvero importante».

Il dottor Christopher Goodchild, assistente professore di biologia presso l'University of Central Oklahoma, è stato il primo autore della carta. Michelle Beck, assistente professore di biologia alla Rivier University; Sam Lane e Isaac VanDiest, che sono studenti laureati presso il Dipartimento di Scienze Biologiche e in Interfaces of Global Change IGEP; e Frankie Czesak, laureato in Neuroscience Fellow; erano tutti coautori. Tutte le loro competenze e il duro lavoro sono state fondamentali per i risultati di questo studio.

La dottoressa Kendra Sewall è grata al Fralin Life Sciences Institute, al Global Change Center e all'Institute for Critical Technology and Applied Science per il loro continuo sostegno al suo lavoro passato e attuale.

Riferimenti:

(1) Male zebra finches exposed to lead (Pb) during development have reduced volume of song nuclei, altered sexual traits, and received less attention from females as adults

(2) Kendra Sewall

(3) Chris Thompson

(4) William Hopkins

(5) Jamie M. Cornelius

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Songbirds exposed to lead-contaminated water show telltale signs about human impacts

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