Wpływ skażenia środowiska metalami ciężkimi na strukturę populacji i rozwój osobniczy ropuchy szarej (Bufo bufo)

W latach 2002-2007 przeprowadzono badania rozwoju osobniczego i struktury populacji ropuch szarych Bufo bufo odbywających gody na terenie ekstremalnie skażonym metalami ciężkimi – w stawie w pobliżu Kombinatu Górniczo-Hutniczego „Bolesław” w Bukownie. Płazy pozyskiwano ze zbiornika BUKOWNO w sąsiedztwie osadnika odpadów poflotacyjnych KGH, zaś populację kontrolną stanowiły ropuchy ze zbiornika CHECHŁO leżącego na terenie o znacznie niższym stopniu skażenia. Oprócz badań populacyjnych dokonano także oceny akumulacji metali ciężkich (Cd, Pb i Tl) u dorosłych ropuch oraz na poszczególnych etapach ich rozwoju osobniczego. Zmierzono również poziomy Cd, Pb i Tl w osadach dennych stawu Bukowno. Pomiary wykonywano techniką spektrometrii masowej (ICP-MS). W trakcie badań terenowych obejmujących obserwację rozrodu i rozwoju larwalnego kijanek, a prowadzonych równolegle w obu zbiornikach stwierdzono że: 1. obie populacje były podobnie liczne, 2. podobna była ilość i objętość złożonego skrzeku, 3. objawy nekrozy występowały w niewielkiej ilości skrzeku (po ok. 10%), 4. u żadnego z osobników z obu populacji nie stwierdzono anomalii rozwojowych – zarówno w stadium kijanki jak i u osobników juwenilnych, 5. w populacji skażonej nie nastąpiło zahamowanie rozwoju kijanek, opóźnienie terminu metamorfozy oraz nie zaobserwowano zmniejszania się rozmiarów ciała kijanek i osobników juwenilnych. Negatywnych efektów dotyczących rozwoju larwalnego nie stwierdzono również w uzupełniającym eksperymencie laboratoryjnym, podczas którego eksponowano kijanki z Bukowna przez 7 tygodni bardzo blisko silnie skażonych osadów. Osady pobrane ze zbiornika Bukowno zawierały 4813,93±296,21 mgPb/kg s.m.; 62,82±17,90 mgCd/kg s.m. i 7,55±0,84 mgTl/kg s.m.. Obecność metali nie powodowała radykalnego zahamowania rozwoju kijanek, zmniejszania się ich rozmiarów, zwiększenia śmiertelności czy występowania anomalii morfologicznych (zarówno u kijanek jak i osobników juwenilnych). Wiek dorosłych ropuch badano standardowymi metodami używanymi w szkieletochronologii. Wykazano znaczne uproszczenie struktury wiekowej skażonej populacji – m.in. brak osobników reprezentujących starsze klasy wiekowe. Następstwem ich wyeliminowania z rozrodu był stwierdzony liczniejszy udział in amplexus bardzo młodych samców. Materiał pobrany do analizy wieku dorosłych ropuch wykorzystano również do oceny struktury tkanki kostnej. Stwierdzono bardzo istotne zaburzenia - np. rozdęcie jamek kostnych i tzw. dziureczkowate utkanie kości mogące być objawem osteoporozy; efektem tych zmian może być bardzo wysoka podatność na złamania, zwłaszcza u starszych ropuch. Stąd zaburzona struktura wieku i wynikające z tego konsekwencje dla populacji. Jeśli na tak skażonych terenach ropuchy szare występują i z powodzeniem rozmnażają się, może to świadczyć o uzyskanych drogą wielopokoleniowej selekcji zdolnościach adaptacyjnych i wykształceniu się mechanizmów kompensujących oddziaływanie silnie toksycznych metali na wszystkich etapach rozwoju osobniczego. Przejawem przystosowania się populacji do życia w skrajnie niekorzystnych warunkach może być także podobny przebieg rozrodu i rozwoju w obu zbiornikach mimo, że tkanki dorosłych ropuch z Bukowna były bardzo silnie skażone metalami ciężkimi – np. nerki kadmem i ołowiem (52,20±48,20 mgCd/kg s.m.; 35,08 mgPb/kg s.m.) a wątroby ołowiem i talem (29,99 mgPb/kg s.m.; 3,98±3,69 mgTl/kg s.m.).

From 2002 to 2007 the research on population structure and ontogenesis of the reproducing common toads, Bufo bufo, was done in an area extremely contaminated with heavy metals – in a pond near the "Boleslaw" Mining and Smelting Plant in Bukowno. Amphibians were taken from the Bukowno pond, located next to elevated deposit reservoir that gathers floatation wastes of the "Boleslaw" Plant, while toads from the "Chechlo" pond, constituted the control population located in the area of much lower level of contamination. Apart from population research, evaluation of acumulation of heavy metals (Cd, Pb, Tl) in tissues of adult toads, as well as in toads on every level of ontogenesis, was done. The levels of Cd, Pb, and Tl in sediments of the Bukowno pond were measured, too. The elements studied were determined using ICP-MS methods. The field research into breeding and the larval development of tadpoles was done simultaneously in both ponds. The conclusions are as follows: 1. the number of each of the populations was similar, 2. the quantity and volume of spawn was similar, 3. the symptoms of necrosis appeared in a small part of spawn (about 10% each), 4. abnormalities has not appeared neither in tadpoles nor juvenile specimens, 5. pollution has not resulted in inhibition of tadpoles development, retarded metamorphosis, or decrease in size of tadpoles or juvenile individuals. The additional experiment was carried out in the laboratory. The tadpoles from Bukowno were exposed to highly polluted sediments for seven weeks but no negative effects appeared. Sediments from the Bukowno pond contained 4813,93±296,21 mgPb/kg d.w.; 62,82±17,90 mgCd/kg d.w. and 7,55±0,84 mgTl/kg d.w.. Heavy metals pollution has not resulted in fundamental inhibition of tadpoles development, decrease in their size, increase of mortality, or morphological deformities (tadpoles as well as juvenile specimens). The age of adult toads was determined using skeletochronology methods. The results of the experiments demonstrated the simplification of an age structure of polluted population – e.g. the lack of older individuals. As a result more young males take part in amplexus. The sample taken to analyse the age of adult toads was also used to assess the bone structure. The results of the experiment demonstrated serious disorders which may be the symptoms of osteoporosis. The high susceptibility to fractures, especially concerning adult toads, can be the effect of the changes mentioned above. Hence the disorders in the age structure and the consequences for the population. If there are common toads in such contimiated areas and they breed with the success, it can prove that a multi-generational selection resulted in an adaptability and formation of mechanisms to compensate the negative impact of highly toxic metals in all stages of ontogenesis. Manifestation of adaptation to survive in extremely disadvantageous conditions may be also similar pattern of reproduction and development of both populations in studied ponds, although tissues of adult toads from Bukowno were strongly contaminated with heavy metals – e.g. kidney with cadmium and lead (52,20±48,20 mgCd/kg d.w.; 35,08 mgPb/kg d.w.), and liver with lead and thallium (29,99 mgPb/kg d.w.; 3,98±3,69 mgTl/kg d.w.).