Popular weed killer demasculinizes frogs, disrupts their sexual development, UC Berkeley study shows
04 April 2002
By Robert Sanders, Media Relations
Berkeley The nation’s top-selling weed killer, atrazine, disrupts the sexual development of frogs at concentrations 30 times lower than levels allowed by the Environmental Protection Agency (EPA), raising concerns about heavy use of the herbicide on corn, soybeans and other crops in the Midwest and around the world.
 An African clawed frog, Xenopus laevis |
A restricted herbicide, atrazine is used primarily on crops, not around the home, and can be purchased and applied only by certified applicators.
V článku v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences z 16. dubna Kalifornská univerzita v Berkeley, vývojový endokrinolog Tyrone B. Hayes, docent integrativní biologie, a jeho kolegové uvádějí, že atrazin v množstvích často se vyskytujících v životním prostředí demaskulinizuje pulce a mění je v hermafrodity – tvory s mužskými i ženskými pohlavními znaky. Herbicid také snižuje hladinu samčího hormonu testosteronu u pohlavně zralých samců žab desetinásobně, na úroveň nižší než u normálních samic žab.
Jak Hayes později zjistil, v mnoha rybnících na Středozápadě kontaminovaných atrazinem se vyskytují původní leopardí žáby se stejnými abnormalitami.
„Žáby vystavené atrazinu nemají normální reprodukční systém,“ řekl. „Samci mají ve varlatech vaječníky a mnohem menší hlasové orgány,“ které jsou nezbytné při přivolávání potenciálních partnerek.
|
Obrázek ve vysokém rozlišení je k dispozici ke stažení. |
Není jasné, zda tyto abnormality vedou ke snížené plodnosti. Hayes se nyní snaží zjistit, jak tyto abnormality ovlivňují schopnost žab produkovat potomstvo.
„Použití atrazinu v životním prostředí je v podstatě nekontrolovaný experiment – zdá se, že neexistuje prostředí bez atrazinu,“ řekl Hayes. „Protože je tak rozšířený, je ohroženo i vodní prostředí.“
Protože se tento herbicid používá již 40 let v přibližně 80 zemích, může být jeho vliv na pohlavní vývoj samců žab jedním z mnoha faktorů celosvětového úbytku obojživelníků, dodal.
Zjištění přicházejí v době, kdy agentura EPA přehodnocuje přípustné hodnoty atrazinu v pitné vodě, které dnes činí 3 části na miliardu (ppb), a vypracovala nová kritéria pro ochranu vodních živočichů, která omezují čtyřdenní průměrnou expozici na 12 ppb. Hayes zjistil hermafroditismus u žab již při hladinách 0,1 ppb. I při dodržení dnešních limitů byly v dešťové a pramenité vodě v některých částech Středozápadu naměřeny hodnoty atrazinu 40 ppb, přičemž atrazin v zemědělských splaších může být přítomen v množství několika částic na milion.
Tento herbicid také kontaminuje zdroje pitné vody v mnoha obcích na Středozápadě, což vede některé ekologické skupiny k obavám z jeho vlivu na děti, kojence a plod. Francie, Německo, Itálie, Švédsko a Norsko patří mezi země, které používání atrazinu zakázaly.
„Jedná se o velmi důležitou a elegantní práci,“ řekl doktor Theo Colborn, vedoucí vědecký pracovník Světového fondu na ochranu přírody a mezinárodně uznávaný odborník na chemické látky narušující endokrinní systém. „Tyronova práce ukazuje, že je třeba provádět výzkum bezpečnosti chemických látek v terénu, kde zvířata žijí, a v množství, kterému jsou vystavena. Změny, které zjistil v gonádách, nebyly objeveny při tradičních pokusech s vysokými dávkami atrazinu, které se používaly v minulosti. K odhalení skrytých účinků expozice nízkými dávkami je navíc nutné mikroskopické vyšetření vnitřních orgánů žab.“
Dosud byly účinky atrazinu na savce a obojživelníky testovány pouze ve velkých dávkách, nikoli v dávkách běžně se vyskytujících v životním prostředí.
Hayes a jeho kolegové ve svém článku v časopise píší: „Účinné dávky v současné studii … ukazují citlivost obojživelníků ve srovnání s jinými taxony, potvrzují použití obojživelníků jako citlivých environmentálních monitorů/sentinelů a vyvolávají skutečné obavy o obojživelníky ve volné přírodě.“
Hayes pochybuje, že atrazin má tak závažné účinky na člověka, protože herbicid se nehromadí v tkáních a lidé netráví život ve vodě jako žáby. Nicméně účinky atrazinu na žáby by mohly být známkou toho, že herbicid nenápadně ovlivňuje i lidské pohlavní hormony a zasahuje do androgenů, jako je testosteron, které řídí mužské pohlavní znaky.
Některé studie na buněčných kulturách ukazují na možné biochemické vysvětlení pozorovaných účinků na pohlavní orgány obojživelníků. John P. Giesy, profesor zoologie na Michiganské státní univerzitě v East Lansingu, a jeho kolegové loni zjistili, že atrazin ve velkých dávkách zvyšuje produkci enzymu aromatázy, který přeměňuje androgenní hormony na hormony estrogenní. Na základě extrapolace těchto výsledků z buněk savců na obojživelníky Hayes tvrdí, že atrazin by mohl feminizovat žabí samce tím, že podporuje přeměnu samčích hormonů na samičí. Snížení androgenů by narušilo vývoj hlasivek, zatímco zvýšení estrogenů by podpořilo vznik vaječníků v rámci varlat.
Jen ve Spojených státech bylo v loňském roce použito více než 60 milionů liber tohoto herbicidu. Výrobce Syngenta odhaduje, že zemědělci používají tento herbicid k regulaci plevelů na přibližně dvou třetinách veškeré výměry kukuřice a čiroku v USA. V průměru zlepšuje výnos kukuřice o něco více než čtyři procenta. Sloučenina je však obecně považována za bezpečnou, protože se v životním prostředí rychle rozkládá a protože je rozpustná ve vodě, rychle se z těla vylučuje.
Vodní živočichové však plavou a rozmnožují se ve splachu z polí kontaminovaných atrazinem. Ačkoli předchozí studie prokázaly deformace a abnormality u dospělých obojživelníků pouze při velmi vysokých dávkách, nikdo se podrobně nezabýval hladinami hormonů u žab ani účinky na pulce, larvální stadium žab.
Na popud EPA se společnost Syngenta obrátila na Hayese, odborníka na hormony obojživelníků, aby zjistil, zda atrazin narušuje pohlavní hormony u obojživelníků. Vyvinul několik velmi citlivých testů na zjišťování chemických látek, které ovlivňují hormony, včetně testu na chemické látky podobné estrogenům, které mohou vyvolávat rakovinu prsu u lidí.
Ačkoli Hayes původně obdržel na studie finanční prostředky od společnosti Syngenta, všechny aktuálně publikované studie byly provedeny nezávisle na společnosti Syngenta.
Pro své laboratorní testy použil africkou drápkatou žábu Xenopus laevis, oblíbený výzkumný objekt, který je stejně jako mnoho jiných žab velmi citlivý na hormony napodobující účinek jejich vlastních pohlavních hormonů. Pokud jsou například chováni v jezírku s estrogenem, všichni pulci Xenopus se promění v samičky. V přítomnosti androgenů se žábám zvětšují hlasivky neboli hrtany.
Při laboratorních pokusech s různými koncentracemi atrazinu za použití dvou oddělených populací žab chovaných ve třech různých nádržích – pokusy se 51krát opakovaly – bylo zjištěno, že atrazin ovlivňuje pohlavní vývoj žab při koncentracích 0,1 ppb a vyšších. To je 30krát méně než přípustný limit 3 ppb v pitné vodě a 120krát méně než navrhovaný limit chronické expozice pro vodní organismy, který činí 12 ppb.
Při těchto koncentracích mělo až 16 % zvířat větší než normální počet gonád – včetně jednoho zvířete se šesti varlaty – nebo mělo samčí i samičí orgány (varlata a vaječníky). Žádné kontrolní zvíře takové abnormality nemělo.
Také zatímco normální samci při metamorfóze mají větší hlasové orgány než samice, orgány více než 80 procent samců vystavených působení 1 ppb nebo více atrazinu byly menší než průměr. Pohlavně dospělí samci vykazovali desetinásobný pokles hladiny testosteronu, čímž se dostali pod úroveň zjištěnou u normálních samic. To naznačuje, že atrazin působí narušením syntézy pohlavních hormonů, což by také mohlo vysvětlovat menší hrtany a abnormální gonády.
„… současné údaje vyvolávají u obojživelníků nové obavy, pokud jde o atrazin,“ napsali vědci ve svém článku. „Pokud se takové účinky vyskytnou ve volné přírodě, budou exponovaná zvířata trpět poruchou reprodukčních funkcí.“
Hayes a jeho kolegové následně provedli průzkum rybníků kontaminovaných atrazinem na Středozápadě, aby zjistili, zda se takové reprodukční abnormality vyskytují u žab ve volné přírodě. Objevili mnoho původních žab leopardích (Rana pipiens) s podobnými problémy a nyní testují odchycená zvířata, aby zjistili, zda jsou tyto změny způsobeny atrazinem.
„Atrazin zjevně ovlivňuje žáby,“ řekl Hayes. „Prokázali jsme závažné účinky na jejich pohlavní vývoj. Musíme si položit otázky: ‚Jaké jsou environmentální náklady používání atrazinu? O jakou rozmanitost jsme přišli?“
Hayesová provedla studii s pomocí nedávného držitele doktorátu Nigela Noriegy, výzkumného pracovníka Aarona Vonka a bývalých či současných vysokoškolských studentů Atifa Collinse, Melissy Leeové, Magdeleny Mendozové a A. Aliho Stuarta, kteří jsou všichni uvedeni jako spoluautoři článku. Studie byly podpořeny Národní vědeckou nadací.
Další informace:
- Profil o Tyronu Hayesovi