streszczenie pracy - Uniwersytet Zielonogórski

Puchowski P. 2014. Wpływ środowiska na mechanizmy obronne i kondycję bogatki
Parus major. Ph.D. Thesis, Uniwersytet Zielonogórski, 185 ss.
Stresory środowiska uruchamiają mechanizmy obronne organizmu, umożliwiające
zachowanie jego odpowiedniej kondycji fizjologicznej w warunkach destabilizacji
gospodarki pierwiastkowej środowiska. Dotyczy to zwłaszcza gatunków, które posiadają
szczególne predyspozycje wobec możliwości przystosowawczych. Jednym z nich jest
bogatka Parus major, gatunek eurytopowy, występujący w ekosystemach leśnych,
agrocenozach, środowiskach antropogenicznych i ekotonach.
Pisklęta gniazdowników stanowią użyteczny wskaźnik degradacji środowisk
lokalnych. Liczne badania w warunkach naturalnych wykazują wpływ metali ciężkich na
rozwój i produktywność ptaków - gniazdowników. Pro-antyoksydacyjny wpływ
toksycznych metali generuje powstawanie reaktywnych form tlenu, które inicjują szereg
łańcuchowych reakcji wolnorodnikowych, a tym samym mogą prowadzić do stresu
oksydacyjnego. W wyniku peroksydacji lipidów dochodzi do zaburzenia płynności i
integralności błon biologicznych, co w skrajnych warunkach prowadzi do śmierci
apoptotycznej komórki. Rozpad reszt wielonienasyconych kwasów tłuszczowych skutkuje
powstaniem aldehydów (w tym dialdehydu malonowego) i hydroksyaldehydów, będących
dalej substancjami toksycznymi.
W niniejszej pracy przeanalizowano wzajemne zależności pomiędzy stanem
środowiska (stężenie pierwiastków chemicznych), a ekofizjologiczną odpowiedzią
enzymatycznych mechanizmów antyoksydacyjnych bogatki (aktywność enzymów
antyoksydacyjnych: dysmutazy ponadtlenkowej i katalazy oraz stężenie glutationu
zredukowanego i intensywności lipoperoksydacji (stężenie dialdehydu malonowego) w
nerkach i wątrobie piskląt w różnych stadiach rozwoju gniazdowego i w zależności od
stanu środowiska. Ponadto za cel postawiono analizę koncentracji wybranych
pierwiastków chemicznych (Na, K, Mg, Ca, Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Se, Ni, Al, Cr, As,
Pb, Cd) w wątrobie, nerkach, płucach i kościach u piskląt bogatki podczas rozwoju
gniazdowego, w środowiskach o różnym stopniu degradacji, jak również przeanalizowanie
możliwości przyrostu biomasy piskląt bogatki w zróżnicowanych warunkach
środowiskowych i zbadanie podstawowych parametrów ekologii lęgowej (wielkość lęgu,
sukces klucia, sukces lęgowy, krzywa wzrostu, śmiertelność), w zależności od stopnia
degradacji środowiska.
Badania prowadzono na terenie Inowrocławskiego Regionu Zagrożenia
Ekologicznego (powiat inowrocławski) oraz Borów Tucholskich (powiat tucholski). Na
obszarze powiatu inowrocławskiego wyznaczono dwa środowiska: 1) o silnym stopniu
antropopresji, związanej z działalnością przemysłową oraz 2) agrocenozy. W celu
realizacji projektu badawczego zawieszono na terenach badanych 145 skrzynek lęgowych.
Obiektem badań były młode sikory bogatki gniazdujące w trzech różnych pod
względem antropopresji środowiskach, w dwóch sezonach lęgowych 2009 i 2010 (liczba
lęgów N=63). Natomiast materiał do badań biochemicznych stanowiły organy piskląt:
nerki, wątroba, płuca i kości pobrane od piskląt (N=123) w różnych fazach rozwoju (1
grupa (1-7 dni); 2 grupa (8-14 dni); 3 grupa (15-21 dni)) w każdym ze środowisk: A okolice zakładów sodowych, B - agrocenozy, C - tereny kontrolne; Bory Tucholskie.
Aktywność dysmutazy ponadtlenkowej, katalazy oraz stężenie glutationu
zredukowanego zbadano w wątrobie i nerkach piskląt za pomocą zestawów odczynników:
SOD Assay Kit, CAT Assay Kit, GSH Assay Kit firmy Cayman Chemical Company.
Stężenie dialdehydu malonowego, jako wskaźnika lipoperoksydacji błon komórkowych w
wątrobie i nerkach piskląt, określono według metodyki Hermesa-Lima i in. (1995).
Koncentrację makroelementów (Na, K, Mg, Ca) oraz pierwiastków śladowych (Fe, Co,
Cu, Zn, Mn, Mo, Se, Cr, Ni, Al, As, Cd, Pb) w kościach, płucach, wątrobie i nerkach
piskląt określono przy pomocy metody ICP-MS, z zastosowaniem aparatu AGILENT
7500CE. Analizę statystyczną (poziom istotności α = 0.05) wykonano stosując program
STATISTICA, v. 8.0 oraz Microsoft Office Excel 2007.
Badania w ramach niniejszej pracy pozwoliły wykazać prawidłowości:
1. Oddziaływanie środowiska bytowania piskląt bogatki zachodzi poprzez:
a) zwiększoną koncentrację makroelementów w środowiskach zanieczyszczonych na
Kujawach, w stosunku do tych w Borach Tucholskich (w przeciwieństwie do koncentracji
Mn, Fe, Cu, Zn).
b) zwiększoną koncentrację Se u piskląt z agrocenoz, w porównaniu z pozostałymi
środowiskami.
c) różnice statystycznie istotne pomiędzy stężeniem Ni, Cr, Al, Co, Mo, Cd i Pb u piskląt,
w zależności od środowiska i organu.
2. Zwiększoną kumulację Al, Cr, Co, Ni, As i Mg oraz Ca w kościach; Fe, Cu w wątrobie,
Mn, Se, Mo, Cd w wątrobie i nerkach, Na w płucach i nerkach piskląt w zależności od
środowiska i grupy wiekowej.
3. Koncentracja makroelementów i pierwiastków śladowych (z wyjątkiem Ni) zmienia się
u piskląt wraz z wiekiem i środowiskiem życia. Stwierdzono:
a) w płucach wzrost koncentracji Al, Mn, Fe, Cu, Se i Mo oraz spadek Cr, Zn, Na i Mg
wraz z wiekiem, w zależności od środowiska;
b) w kościach wzrost koncentracji Fe, Co, Zn, As, Mg i Ca wraz wiekiem oraz spadek Na
niezależnie od środowiska, jednocześnie wzrost Cu i spadek K, w zależności od
środowiska,
c) w wątrobie wzrost Fe i Mo oraz spadek Mn, Zn i Mg wraz z wiekiem w wątrobach,
niezależnie od wpływu środowiska, natomiast wzrost poziomu Cd i spadek – Cr, Na, K i
Ca nie został stwierdzony we wszystkich środowiskach, a poziom Cu zmieniał się, w
zależności od środowiska i grupy wiekowej.
d) w nerkach wzrost Mo i spadek Zn, Mg i K, niezależnie od środowiska, natomiast Fe,
Cu, Se, Cd i Pb były kumulowane w nerkach piskląt nie we wszystkich środowiskach
podobnie. Spadek stężenia Ca również był uwarunkowany środowiskiem rozwoju piskląt.
4. Aktywność enzymów antyoksydacyjnych (SOD i CAT) jest zależna od środowiska
życia piskląt, organu i grupy wiekowej. Stwierdzono wyższą aktywność SOD w wątrobach
(grupa 1 i 2) i nerkach (grupa 1) piskląt ze środowiska kontrolnego, w stosunku do
środowisk Kujaw i odwrotną zależność w przypadku CAT (wyższa w środowiskach
Kujaw, niż Borach Tucholskich (wątroba (1-3 grupy), nerka (1-2 grupy). Ponadto
wykazano wyższą aktywność SOD w nerkach i niższą w wątrobach piskląt, w
przeciwieństwie do CAT. Aktywność SOD wzrastała wraz z wiekiem w wątrobach, a
malała w nerkach, natomiast aktywność katalazy wzrastała wraz z wiekiem w środowisku
kontrolnym w obydwu organach, a malała w wątrobie (środowisko 1) i nerkach
(środowisko 2).
5. Środowisko i wiek piskląt mają niewielki wpływ na stężenie GSH w wątrobach i
nerkach. Natomiast stwierdzono istotnie wyższe stężenie GSH w wątrobach piskląt, w
porównaniu z nerkami.
6. Wykazano wyższe stężenie MDA w wątrobie i nerkach (tylko 1 grupa) piskląt ze
środowisk Kujaw, niż z Borów Tucholskich. Stopień peroksydacji lipidów w obydwu
organach był zbliżony, a wiek piskląt nie wpływał znacznie na ten proces.
7. Stwierdzono wysokie korelacje pomiędzy stężeniami wszystkich analizowanych
pierwiastków (z wyjątkiem Cr i Pb), a badanymi parametrami biochemicznymi, w
zależności od środowiska.
8. Opisano liczne korelacje pomiędzy aktywnością SOD, CAT, stężeniem GSH a
stężeniem MDA.
9. Stopień degradacji środowiska wpływa negatywnie na sukcesy klucia i lęgowy bogatki.
Dynamika przyrostu biomasy bogatek w środowisku zdegradowanym jest wyraźnie niższa,
niż w pozostałych środowiskach.
Na podstawie uzyskanych w pracy wyników można wnioskować, iż środowisko
życia piskląt determinuje stopień koncentracji pierwiastków chemicznych (zwłaszcza
makroelementów i mikroelementów) w organach i kościach piskląt. Prawdopodobnie
destabilizacja stężenia makroelementów generuje zmniejszoną dostępność Mn, Cu, Zn i Fe
dla piskląt bogatki na terenie Kujaw. Ponadto stężenie pierwiastków chemicznych zmienia
się wraz z wiekiem piskląt i może różnić się w zależności od rodzaju organu (tkanki).
Niniejsza praca dowodzi istnienia prawdopodobnej stymulacji bądź inhibicji systemów
antyoksydacyjnych, w mniejszym lub większym stopniu przez określone pierwiastki
chemiczne. Również wyższy stopień lipoperoksydacji na terenie Kujaw stanowi dowód na
zwiększoną liczbę reakcji wolnorodnikowych, a tym samym uszkodzeń oksydacyjnych
zachodzących u piskląt na tym terenie. Należy również wskazać, iż wzajemne korelację
pomiędzy enzymami antyoksydacyjnymi oraz GSH i MDA sugerują istnienie wysokiej
koordynacji działania systemu obrony, w celu zachowania homeostazy równowagi proantyoksydacyjnej. Szczegółowa analiza poruszonych zagadnień wymaga dalszych badań,
które ugruntowałyby szczegółową wiedzę nt. możliwości pomyślnej egzystencji gatunków
ptaków - gniazdowników w środowiskach zdegradowanych.