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.
En un artículo publicado en el número del 16 de abril de Proceedings of the National Academy of Sciences, el endocrinólogo del desarrollo de la Universidad de California, Berkeley, Tyrone B. Hayes, profesor asociado de biología integradora, y sus colegas informan de que la atrazina, a niveles que se encuentran a menudo en el medio ambiente, desmasculiniza a los renacuajos y los convierte en hermafroditas, es decir, criaturas con características sexuales tanto masculinas como femeninas. El herbicida también reduce los niveles de la hormona masculina testosterona en las ranas macho sexualmente maduras en un factor de 10, hasta niveles inferiores a los de las ranas hembras normales.
Como Hayes descubrió más tarde, muchos estanques contaminados con atrazina en el Medio Oeste contienen ranas leopardo nativas con las mismas anormalidades.
«Las ranas expuestas a la atrazina no tienen sistemas reproductivos normales», dijo. «Los machos tienen ovarios en los testículos y órganos vocales mucho más pequeños», que son esenciales para llamar a posibles parejas.
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No está claro si estas anomalías conducen a una menor fertilidad. Hayes trata ahora de determinar cómo las anormalidades afectan a la capacidad de las ranas para producir descendencia.
«El uso de atrazina en el medio ambiente es básicamente un experimento incontrolado: parece que no hay un entorno libre de atrazina», dijo Hayes. «Como está tan extendida, los entornos acuáticos están en peligro».
Dado que el herbicida se utiliza desde hace 40 años en unos 80 países, su efecto sobre el desarrollo sexual de las ranas macho podría ser uno de los muchos factores del declive mundial de los anfibios, añadió.
Los hallazgos se producen en un momento en el que la EPA está reevaluando los niveles permitidos de atrazina en el agua potable, que actualmente son de 3 partes por billón (ppb), y ha redactado nuevos criterios para la protección de la vida acuática, limitando la exposición media de cuatro días a 12 ppb. Hayes encontró hermafroditismo en ranas a niveles tan bajos como 0,1 ppb. Incluso con los límites actuales, se han medido niveles de 40 ppb de atrazina en el agua de lluvia y de manantial en partes del Medio Oeste, mientras que la atrazina en la escorrentía agrícola puede estar presente en varias partes por millón.
El herbicida también contamina los suministros de agua potable en muchas comunidades del Medio Oeste, lo que ha llevado a algunos grupos ecologistas a expresar su preocupación por su efecto en los niños, los bebés y el feto. Francia, Alemania, Italia, Suecia y Noruega son algunos de los países que han prohibido el uso de la atrazina.
«Se trata de un trabajo muy importante y elegante», dijo el doctor Theo Colborn, científico principal del Fondo Mundial para la Naturaleza y experto internacionalmente reconocido en sustancias químicas que alteran el sistema endocrino. «El trabajo de Tyrone demuestra la necesidad de investigar la seguridad de las sustancias químicas en el campo, donde viven los animales y a los niveles a los que están expuestos. Los cambios que encontró en las gónadas no se descubrieron con los experimentos tradicionales de altas dosis de atrazina utilizados en el pasado. Además, se requiere un examen microscópico de los órganos internos de las ranas para detectar los efectos ocultos de la exposición a dosis bajas.»
Hasta la fecha, los efectos de la atrazina en mamíferos y anfibios se han probado sólo a grandes dosis, no a las que se encuentran comúnmente en el medio ambiente.
En su artículo en la revista, Hayes y sus colegas escriben: «Las dosis efectivas en el estudio actual… demuestran la sensibilidad de los anfibios en relación con otros taxones, validan el uso de los anfibios como monitores/sentinelas ambientales sensibles y plantean una preocupación real por los anfibios en la naturaleza.»
Hayes duda de que la atrazina tenga efectos tan graves en los humanos, porque el herbicida no se acumula en los tejidos y los humanos no pasan su vida en el agua como las ranas. Sin embargo, los efectos de la atrazina en las ranas podrían ser una señal de que el herbicida está afectando sutilmente a las hormonas sexuales humanas también, interfiriendo con los andrógenos, como la testosterona, que controlan las características sexuales masculinas.
Algunos estudios en cultivos celulares apuntan a una posible explicación bioquímica de los efectos observados en los órganos sexuales de los anfibios. John P. Giesy, profesor de zoología de la Universidad Estatal de Michigan en East Lansing, y sus colegas descubrieron el año pasado que, en grandes dosis, la atrazina aumenta la producción de la enzima aromatasa, que convierte las hormonas andrógenas en estrógenos. Extrapolando estos resultados de las células de mamíferos a los anfibios, Hayes sostiene que la atrazina podría feminizar a las ranas macho al promover la conversión de las hormonas masculinas en femeninas. La disminución de andrógenos interferiría en el desarrollo de la laringe, mientras que el aumento de estrógenos promovería los ovarios dentro de los testículos.
Sólo en Estados Unidos se aplicaron el año pasado más de 60 millones de libras de este herbicida. El fabricante Syngenta estima que los agricultores utilizan el herbicida para controlar las malas hierbas en unos dos tercios de toda la superficie de maíz y sorgo de Estados Unidos. Por término medio, mejora el rendimiento del maíz en algo más del cuatro por ciento. Sin embargo, el compuesto se considera generalmente seguro porque se descompone rápidamente en el medio ambiente y, al ser soluble en agua, se excreta rápidamente del cuerpo.
La vida acuática, sin embargo, nada y se reproduce en la escorrentía de los campos contaminados con atrazina. Aunque estudios anteriores mostraban deformidades y anormalidades en los anfibios adultos sólo en dosis muy altas, nadie había examinado en detalle los niveles hormonales en las ranas ni los efectos en los renacuajos, la fase larvaria de las ranas.
Instigada por la EPA, Syngenta se dirigió a Hayes, un experto en hormonas de anfibios, para averiguar si la atrazina altera las hormonas sexuales en los anfibios. Ha desarrollado varios ensayos muy sensibles para detectar sustancias químicas que afectan a las hormonas, incluida una prueba para detectar sustancias químicas similares al estrógeno que podrían inducir el cáncer de mama en humanos.
Aunque Hayes recibió inicialmente fondos de Syngenta para los estudios, todos los estudios actuales publicados se realizaron de forma independiente a Syngenta.
Para sus pruebas de laboratorio, utilizó la rana de garras africana, Xenopus laevis, un popular sujeto de investigación que, como muchas ranas, es muy sensible a las hormonas que imitan el efecto de sus propias hormonas sexuales. Si se cría en un estanque con estrógenos, por ejemplo, todos los renacuajos de Xenopus se convierten en hembras. En presencia de andrógenos, a las ranas les crecen las cajas de voz, o laringes, más grandes.
En experimentos de laboratorio con varias concentraciones de atrazina, utilizando dos poblaciones separadas de ranas criadas en tres tanques distintos -experimentos replicados 51 veces- encontraron que la atrazina afectaba al desarrollo sexual de las ranas en concentraciones de 0,1 ppb y superiores. Esto es 30 veces menos que el límite permitido de 3 ppb en el agua potable y 120 veces menos que el límite de exposición crónica propuesto para la vida acuática, 12 ppb.
Con estas concentraciones, hasta el 16% de los animales tenían un número de gónadas superior al normal -incluido un animal con seis testículos- o tenían órganos tanto masculinos como femeninos (testículos y ovarios). Ningún animal de control presentaba estas anomalías.
Además, mientras que los machos normales en la metamorfosis tienen órganos vocales más grandes que las hembras, los órganos de más del 80 por ciento de los machos expuestos a 1 ppb o más de atrazina eran más pequeños que la media. Los machos sexualmente maduros mostraron una disminución de 10 veces en los niveles de testosterona, situándolos por debajo de los niveles encontrados en las hembras normales. Esto sugiere que la atrazina actúa alterando la síntesis de las hormonas sexuales, lo que también podría explicar las laringes más pequeñas y las gónadas anormales.
«… los datos actuales plantean nuevas preocupaciones para los anfibios con respecto a la atrazina», escribieron los investigadores en su artículo. «Si tales efectos se producen en la naturaleza, los animales expuestos sufrirían un deterioro de la función reproductiva»
De hecho, Hayes y sus colegas realizaron posteriormente un reconocimiento de los estanques contaminados con atrazina en el Medio Oeste para ver si tales anormalidades reproductivas se producen en las ranas en la naturaleza. Encontraron muchas ranas leopardo nativas (Rana pipiens) con problemas similares, y ahora están analizando los animales capturados para determinar si estos cambios se deben a la atrazina.
«La atrazina está afectando obviamente a las ranas», dijo Hayes. «Hemos demostrado efectos graves en su desarrollo sexual. Tenemos que plantear las siguientes preguntas: ‘¿Cuáles son los costes medioambientales del uso de la atrazina? Qué diversidad hemos perdido?».
Hayes llevó a cabo el estudio con la ayuda del recién doctorado Nigel Noriega, el investigador asociado Aaron Vonk y los antiguos o actuales estudiantes de grado Atif Collins, Melissa Lee, Magdelena Mendoz y A. Ali Stuart, todos los cuales figuran como coautores del trabajo. Los estudios contaron con el apoyo de la National Science Foundation.
Información adicional:
- Perfil de Tyrone Hayes
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