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.
Dans un article paru dans le numéro du 16 avril de Proceedings of the National Academy of Sciences, l’endocrinologue du développement Tyrone B. Hayes, professeur agrégé de biologie intégrative de l’Université de Californie à Berkeley, et ses collègues rapportent que l’atrazine, à des niveaux souvent présents dans l’environnement, démasculinise les têtards et les transforme en hermaphrodites – des créatures possédant à la fois des caractéristiques sexuelles mâles et femelles. L’herbicide abaisse également les niveaux de l’hormone mâle testostérone chez les grenouilles mâles sexuellement matures d’un facteur 10, à des niveaux inférieurs à ceux des grenouilles femelles normales.
Comme Hayes l’a découvert plus tard, de nombreux étangs contaminés par l’atrazine dans le Midwest contiennent des grenouilles léopards indigènes présentant les mêmes anomalies.
« Les grenouilles exposées à l’atrazine n’ont pas un système de reproduction normal », a-t-il déclaré. « Les mâles ont des ovaires dans leurs testicules et des organes vocaux beaucoup plus petits », qui sont essentiels pour appeler les partenaires potentiels.
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On ne sait pas si ces anomalies entraînent une baisse de la fertilité. Hayes essaie maintenant de déterminer comment les anomalies affectent la capacité des grenouilles à produire une progéniture.
« L’utilisation de l’atrazine dans l’environnement est fondamentalement une expérience non contrôlée – il semble qu’il n’y ait pas d’environnement sans atrazine », a déclaré Hayes. « Parce qu’elle est si répandue, les milieux aquatiques sont à risque ».
Comme l’herbicide est utilisé depuis 40 ans dans quelque 80 pays, son effet sur le développement sexuel des grenouilles mâles pourrait être l’un des nombreux facteurs du déclin mondial des amphibiens, a-t-il ajouté.
Les résultats interviennent à un moment où l’EPA réévalue les niveaux admissibles d’atrazine dans l’eau potable, qui s’établissent aujourd’hui à 3 parties par milliard (ppb), et a rédigé de nouveaux critères pour la protection de la vie aquatique, limitant les expositions moyennes sur quatre jours à 12 ppb. Hayes a constaté l’hermaphrodisme chez les grenouilles à des niveaux aussi bas que 0,1 ppb. Même avec les limites actuelles, des niveaux de 40 ppb d’atrazine ont été mesurés dans les eaux de pluie et de source dans certaines parties du Midwest, tandis que l’atrazine dans les eaux de ruissellement agricoles peut être présente à plusieurs parties par million.
L’herbicide contamine également les réserves d’eau potable dans de nombreuses communautés du Midwest, ce qui conduit certains groupes environnementaux à exprimer leur inquiétude quant à ses effets sur les enfants, les nourrissons et les fœtus. La France, l’Allemagne, l’Italie, la Suède et la Norvège font partie des pays qui ont interdit l’utilisation de l’atrazine.
« Il s’agit d’un travail très important et élégant », a déclaré Theo Colborn, PhD, un scientifique principal du World Wildlife Fund et un expert internationalement reconnu des produits chimiques perturbateurs endocriniens. « Les travaux de Tyrone démontrent la nécessité de mener des recherches sur l’innocuité des produits chimiques sur le terrain où vivent les animaux et aux niveaux auxquels ils sont exposés. Les changements qu’il a constatés dans les gonades n’ont pas été découverts lors des expériences traditionnelles à forte dose d’atrazine utilisées dans le passé. En outre, un examen microscopique des organes internes des grenouilles est nécessaire pour détecter les effets cachés d’une exposition à faible dose. »
À ce jour, les effets de l’atrazine sur les mammifères et les amphibiens n’ont été testés qu’à de fortes doses, et non à des doses couramment présentes dans l’environnement.
Dans leur article de revue, Hayes et ses collègues écrivent : « Les doses efficaces de l’étude actuelle… démontrent la sensibilité des amphibiens par rapport à d’autres taxons, valident l’utilisation des amphibiens comme moniteurs/sentinelles environnementaux sensibles et suscitent une réelle inquiétude pour les amphibiens dans la nature. »
Hayes doute que l’atrazine ait des effets aussi graves sur les humains, car l’herbicide ne s’accumule pas dans les tissus et les humains ne passent pas leur vie dans l’eau comme les grenouilles. Néanmoins, les effets de l’atrazine sur les grenouilles pourraient être un signe que l’herbicide affecte subtilement les hormones sexuelles humaines, aussi, en interférant avec les androgènes, comme la testostérone, qui contrôlent les caractéristiques sexuelles masculines.
Certaines études en culture cellulaire indiquent une explication biochimique possible pour les effets observés sur les organes sexuels des amphibiens. John P. Giesy, professeur de zoologie à l’université d’État du Michigan à East Lansing, et ses collègues ont découvert l’an dernier qu’à fortes doses, l’atrazine augmente la production de l’enzyme aromatase, qui convertit les hormones androgènes en hormones œstrogènes. En extrapolant ces résultats des cellules de mammifères aux amphibiens, Hayes affirme que l’atrazine pourrait féminiser les grenouilles mâles en favorisant la conversion des hormones mâles en hormones femelles. La baisse des androgènes interférerait avec le développement du larynx, tandis que l’augmentation des œstrogènes favoriserait l’apparition d’ovaires au sein des testicules.
Plus de 60 millions de livres de cet herbicide ont été appliquées l’année dernière rien qu’aux États-Unis. Le fabricant Syngenta estime que les agriculteurs utilisent cet herbicide pour lutter contre les mauvaises herbes sur environ deux tiers de toutes les superficies de maïs et de sorgho aux États-Unis. En moyenne, il améliore le rendement du maïs d’un peu plus de quatre pour cent. Le composé est toutefois généralement considéré comme sûr, car il se décompose rapidement dans l’environnement et, étant soluble dans l’eau, il est rapidement excrété du corps.
La vie aquatique, cependant, nage et se reproduit dans les eaux de ruissellement des champs contaminés par l’atrazine. Bien que des études antérieures aient montré des malformations et des anomalies chez les amphibiens adultes uniquement à des doses très élevées, personne n’avait examiné en détail les niveaux d’hormones chez les grenouilles ou les effets sur les têtards, le stade larvaire des grenouilles.
Provoqué par l’EPA, Syngenta a contacté Hayes, un expert des hormones des amphibiens, pour savoir si l’atrazine perturbe les hormones sexuelles des amphibiens. Il a développé plusieurs tests très sensibles pour détecter les produits chimiques qui affectent les hormones, y compris un test pour les produits chimiques de type œstrogène qui pourraient induire le cancer du sein chez l’homme.
Bien que Hayes ait initialement reçu des fonds de Syngenta pour ces études, toutes les études actuelles publiées ont été menées indépendamment de Syngenta.
Pour ses tests en laboratoire, il a utilisé la grenouille à griffes africaine, Xenopus laevis, un sujet de recherche populaire qui, comme de nombreuses grenouilles, est très sensible aux hormones qui imitent l’effet de leurs propres hormones sexuelles. S’ils sont élevés dans un bassin contenant des œstrogènes, par exemple, tous les têtards de Xenopus deviennent des femelles. En présence d’androgènes, les grenouilles développent des boîtes vocales, ou larynges, plus grandes.
Dans des expériences en laboratoire à différentes concentrations d’atrazine, en utilisant deux populations distinctes de grenouilles élevées dans trois bassins séparés – expériences répétées 51 fois – ils ont constaté que l’atrazine affectait le développement sexuel des grenouilles à des concentrations de 0,1 ppb et plus. C’est 30 fois moins que la limite admissible de 3 ppb dans l’eau potable et 120 fois moins que la limite d’exposition chronique proposée pour la vie aquatique, soit 12 ppb.
À ces concentrations, jusqu’à 16 % des animaux avaient un nombre de gonades supérieur à la normale – dont un animal avec six testicules – ou avaient à la fois des organes mâles et femelles (testicules et ovaires). Aucun animal témoin ne présentait de telles anomalies.
De plus, alors que les mâles normaux à la métamorphose ont des organes vocaux plus grands que les femelles, les organes de plus de 80 % des mâles exposés à 1 ppb ou plus d’atrazine étaient plus petits que la moyenne. Les mâles sexuellement matures ont présenté une diminution de 10 fois des niveaux de testostérone, les ramenant en dessous des niveaux trouvés chez les femelles normales. Cela suggère que l’atrazine agit en perturbant la synthèse des hormones sexuelles, ce qui pourrait également expliquer les larynges plus petits et les gonades anormales.
« … les données actuelles soulèvent de nouvelles préoccupations pour les amphibiens en ce qui concerne l’atrazine », ont écrit les chercheurs dans leur article. « Si de tels effets se produisent dans la nature, les animaux exposés souffriraient d’une altération de la fonction de reproduction. »
En fait, Hayes et ses collègues ont ensuite effectué une reconnaissance des étangs contaminés par l’atrazine dans le Midwest pour voir si de telles anomalies de reproduction se produisent chez les grenouilles dans la nature. Ils ont repéré de nombreuses grenouilles léopards (Rana pipiens) indigènes présentant des problèmes similaires, et testent maintenant les animaux capturés pour déterminer si ces changements sont dus à l’atrazine.
« L’atrazine affecte manifestement les grenouilles », a déclaré Hayes. « Nous avons montré des effets sérieux sur leur développement sexuel. Nous devons nous poser les questions suivantes : ‘Quels sont les coûts environnementaux de l’utilisation de l’atrazine ? Quelle diversité avons-nous perdu ?' »
Hayes a mené l’étude avec l’aide de Nigel Noriega, récent titulaire d’un doctorat, d’Aaron Vonk, associé de recherche, et d’Atif Collins, Melissa Lee, Magdelena Mendoz et A. Ali Stuart, anciens ou actuels étudiants de premier cycle, qui figurent tous comme coauteurs de l’article. Les études ont été soutenues par la National Science Foundation.
Informations complémentaires :
- Profil de Tyrone Hayes
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