Скотт Вейр, доктор наук, руководивший исследованием, сказал, что медь естественным образом содержится в водной среде и в некоторой степени способствует физиологическим процессам. Однако он токсичен при повышенных уровнях. Сезонные водно-болотные угодья, которые являются рассадниками земноводных, часто содержат медь и другие загрязнители в результате промышленной деятельности и стока с дорог.Вооружившись данными, указывающими на тенденции к потеплению в юго-восточной части США, где обитают эти два вида, исследователи увидели необходимость оценить комбинированные эффекты загрязнения медью и изменения климата.
«Исследования часто изучают влияние отдельных факторов окружающей среды на вид, но на самом деле вид часто подвергается воздействию сразу нескольких факторов стресса», — сказала соавтор исследования Стейси Лэнс, младший научный сотрудник Экологической лаборатории Саванна-Ривер. «Это может быть несколько типов загрязнителей или, в данном случае, металлический загрязнитель, который накапливается в водно-болотных угодьях вместе с изменениями среды обитания водно-болотных угодий, связанными с изменением климата».По словам Вейра, помимо загрязнения медью, изменение климата может увеличить частоту катастрофических репродуктивных нарушений.«Изменение климата может привести к слишком раннему высыханию прудов», — сказал он. «Когда это происходит, головастики, рожденные в этом году, не могут трансформироваться и выбраться из пруда, поэтому они умирают.
Мы называем это катастрофической репродуктивной недостаточностью».Результаты их исследования, опубликованные в журнале Ecological Applications, показывают, что на разных уровнях для каждого вида отдельные и комбинированные эффекты меди и изменения климата могут увеличивать риск исчезновения популяции — явление, которое Вейр и Лэнс определяют как популяция сократилась до менее 10 взрослых женщин.Чтобы получить эти поддающиеся количественной оценке результаты, команда разработала модели размножения самок для каждого вида на основе исторических данных из Рейнбоу-Бэй, сезонного водно-болотного угодья в Южной Каролине, где UGA изучает амфибий с 1978 года.
«Уникальность этого исследования заключается в количестве эмпирических данных», — сказал Лэнс. «Невероятно редко можно получить точные оценки жизненного цикла, полученные в результате 37-летнего долгосрочного полевого исследования, а также данные лабораторных экспериментов на эмбрионах и личинках, которые можно интегрировать в модель».Исследователи провели 1000 симуляций за 50-летний период. Моделированным популяциям было разрешено существовать в течение 15 лет до того, как была добавлена медь.Когда уровень меди у южной жабы был низким — 15 частей на миллиард — и отсутствовал катастрофический репродуктивный отказ, риска исчезновения не существовало.
Однако более высокие уровни меди — 30 частей на миллиард или больше — привели к исчезновению.«Это не займет много времени», — сказал Вейр. «Безопасные для человека количества меди в питьевой воде могут быть смертельными для земноводных из-за более высокой чувствительности».По его словам, лягушки более терпимы к меди, чем жабы.
Когда не было катастрофической репродуктивной недостаточности, медь не вызывала вымирания лягушек.«При уровне 100 частей на миллиард население могло существовать в течение 50 лет», — сказал он.Когда у лягушек присутствовали два стрессора, вероятность исчезновения повышалась.
Это не относится к жабам, у которых более низкий уровень меди влияет на них сильнее.«Это критический момент», — сказал Вейр. «Недостаточно провести исследования отдельных факторов стресса и сложить комбинированные эффекты — некоторые эффекты имеют синергетический характер».Напротив, катастрофическая репродуктивная недостаточность, вызванная изменением климата, оказала большее влияние на оба вида, чем одно лишь небольшое или умеренное количество меди.
Вейр сказал, что текущие климатические модели предсказывают изменения в температуре и режимах осадков, которые могут привести к катастрофическим репродуктивным нарушениям с частотой от 10 до 40 процентов и более.«Эта частая репродуктивная недостаточность может стать решающим моментом для исчезновения некоторых видов», — сказал Вейр. «Если леопардовые лягушки терпят полную репродуктивную недостаточность раз в три года, вероятность исчезновения этой популяции составляет 63 процента. Для жаб этот процент составляет около 25 процентов».
Вейр и Ланс сказали, что исследование имеет значение для всех земноводных.«Большинство людей не знают, что разным видам земноводных нужны водно-болотные угодья с разным гидропериодом, количеством времени, в течение которого водно-болотное угодье удерживает воду», — сказал Лэнс. «Влияние изменения климата на водно-болотные угодья вызывает серьезную обеспокоенность у земноводных, численность которых уже неуклонно сокращается».
Исследователи заявили, что отраслям промышленности необходимо сократить использование меди, чтобы этот прогноз изменился.