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.
A Proceedings of the National Academy of Sciences április 16-i számában megjelent cikkben a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem fejlődési endokrinológusa, Tyrone B. Hayes, az integratív biológia docense és kollégái arról számolnak be, hogy a környezetben gyakran előforduló koncentrációjú atrazin demaszkulinizálja az ebihalakat, és hermafroditává – hím és női nemi jellegzetességekkel egyaránt rendelkező élőlényekké – változtatja őket. A gyomirtó szer a hím hormon tesztoszteron szintjét is tízszeresére csökkenti az ivarérett hím békákban, olyan szintre, amely alacsonyabb, mint a normál nőstény békáké.
Amint Hayes később felfedezte, számos atrazinszennyezett középnyugati tóban őshonos leopárd békák élnek ugyanilyen rendellenességekkel.
“Az atrazinnak kitett békáknak nincs normális szaporodási rendszerük” – mondta. “A hímeknek petefészkei vannak a heréikben, és sokkal kisebbek a hangszerveik”, amelyek elengedhetetlenek a potenciális társak hívásához.
|
Nagy felbontású kép letölthető. |
Az nem világos, hogy ezek a rendellenességek csökkent termékenységhez vezetnek-e. Hayes most azt próbálja meghatározni, hogy a rendellenességek hogyan befolyásolják a békák utódnemzési képességét.
“Az atrazin használata a környezetben alapvetően egy ellenőrizetlen kísérlet – úgy tűnik, nincs atrazinmentes környezet” – mondta Hayes. “Mivel annyira elterjedt, a vízi környezetek veszélyben vannak”.
Mivel a gyomirtószert 40 éve használják mintegy 80 országban, a hím békák nemi fejlődésére gyakorolt hatása a kétéltűek globális csökkenésének egyik tényezője lehet a sok közül – tette hozzá.
A megállapítások egy olyan időszakban születtek, amikor az EPA újraértékeli az atrazin ivóvízben megengedett szintjét, amely jelenleg 3 ppb (3 parts per billion), és új kritériumokat fogalmazott meg a vízi élővilág védelmére, amelyek a négynapos átlagos expozíciót 12 ppb-re korlátozzák. Hayes már 0,1 ppb szintnél is hermafroditizmust talált békáknál. Még a mai határértékek mellett is mértek 40 ppb atrazinszintet az eső- és forrásvizekben a Középnyugat egyes részein, míg a mezőgazdasági szennyvízben az atrazin több milliomodrészben is jelen lehet.
A gyomirtó szer a Középnyugat számos településén az ivóvízkészletet is szennyezi, ami miatt egyes környezetvédelmi csoportok aggodalmukat fejezték ki a gyermekekre, csecsemőkre és magzatokra gyakorolt hatása miatt. Franciaország, Németország, Olaszország, Svédország és Norvégia azon országok közé tartozik, amelyek betiltották az atrazin használatát.
“Ez nagyon fontos és elegáns munka” – mondta Theo Colborn, PhD, a World Wildlife Fund vezető tudósa, az endokrin rendszert károsító vegyi anyagok nemzetközileg elismert szakértője. “Tyrone munkája bizonyítja, hogy a vegyi anyagok biztonságosságát a terepen kell kutatni, ahol az állatok élnek, és azon a szinten, amelynek ki vannak téve. Az általa az ivarmirigyekben talált változásokat nem fedezték fel a korábban alkalmazott hagyományos, nagy dózisú atrazin-kísérletek során. Ráadásul a békák belső szerveinek mikroszkópos vizsgálatára is szükség van az alacsony dózisú expozíció rejtett hatásainak felderítéséhez.”
Az atrazin emlősökre és kétéltűekre gyakorolt hatásait eddig csak nagy dózisokban vizsgálták, a környezetben gyakran előforduló dózisokban nem.
Folyóiratcikkükben Hayes és kollégái azt írják: “A jelenlegi vizsgálatban alkalmazott hatásos dózisok … bizonyítják a kétéltűek érzékenységét más taxonokhoz képest, validálják a kétéltűek érzékeny környezeti monitorokként/szentinelként való használatát, és valódi aggodalomra adnak okot a vadon élő kétéltűekkel kapcsolatban”.
Hayes kétli, hogy az atrazin ilyen súlyos hatást gyakorolna az emberre, mivel a gyomirtó szer nem halmozódik fel a szövetekben, és az emberek nem töltik életüket vízben, mint a békák. Mindazonáltal az atrazin békákra gyakorolt hatása annak a jele lehet, hogy a gyomirtó szer finoman az emberi nemi hormonokra is hatással van, beavatkozva az androgénekbe, például a tesztoszteronba, amelyek a hím nemi jellemzőket szabályozzák.
Egyes sejtkultúrákban végzett vizsgálatok egy lehetséges biokémiai magyarázatra utalnak a kétéltűek nemi szerveire gyakorolt megfigyelt hatásokra. John P. Giesy, az East Lansing-i Michigan Állami Egyetem zoológus professzora és kollégái tavaly megállapították, hogy nagy dózisban az atrazin fokozza az aromatáz enzim termelését, amely az androgén hormonokat ösztrogén hormonokká alakítja. Ezeket az eredményeket az emlősök sejtjeiről a kétéltűekre kivetítve Hayes azt állítja, hogy az atrazin a hím békákat feminizálhatja azáltal, hogy elősegíti a hím hormonok női hormonokká történő átalakulását. A csökkent androgének megzavarnák a hangszalagok fejlődését, míg a megnövekedett ösztrogének elősegítenék a heréken belüli petefészkek kialakulását.
A gyomirtószerből csak az Egyesült Államokban tavaly több mint 60 millió fontot alkalmaztak. A gyártó Syngenta becslése szerint a gazdálkodók az amerikai kukorica- és cirokültetvények mintegy kétharmadán használják a gyomirtót a gyomok elleni védekezésre. Átlagosan valamivel több mint négy százalékkal javítja a kukorica terméshozamát. A vegyületet azonban általában biztonságosnak tartják, mivel a környezetben gyorsan lebomlik, és mivel vízben oldódik, gyorsan kiürül a szervezetből.
A vízi élőlények azonban úsznak és szaporodnak az atrazinszennyezett szántóföldi lefolyásban. Bár korábbi tanulmányok csak nagyon magas dózisok esetén mutattak ki deformitásokat és rendellenességeket a kifejlett kétéltűeknél, senki sem vizsgálta részletesen a békák hormonszintjét vagy az ebihalakra, a békák lárvaállapotára gyakorolt hatásokat.
Az EPA ösztönzésére a Syngenta felkereste Hayest, a kétéltűek hormonjainak szakértőjét, hogy kiderítse, az atrazin megzavarja-e a kétéltűek nemi hormonjait. Számos nagyon érzékeny tesztet fejlesztett ki a hormonokat befolyásoló vegyi anyagok kimutatására, köztük egy olyan ösztrogénszerű vegyi anyagok kimutatására szolgáló tesztet, amelyek emberi mellrákot okozhatnak.
Noha Hayes kezdetben a Syngentától kapott támogatást a vizsgálatokhoz, a most közzétett összes tanulmányt a Syngentától függetlenül végezte.
Laboratóriumi vizsgálataihoz az afrikai karmos békát, a Xenopus laevist használta, egy népszerű kutatási alanyt, amely sok békához hasonlóan nagyon érzékeny a saját nemi hormonjaik hatását utánzó hormonokra. Ha például ösztrogént tartalmazó tóban nevelik fel, minden Xenopus ebihal nősténnyé válik. Androgének jelenlétében a békáknak nagyobb hangszórók, vagyis gégecsövek nőnek.
Az atrazin különböző koncentrációival végzett laboratóriumi kísérletekben, három különböző medencében nevelt békák két különálló populációjával – a kísérleteket 51-szer ismételték meg – megállapították, hogy az atrazin 0,1 ppb és magasabb koncentrációban befolyásolja a békák szexuális fejlődését. Ez 30-szor alacsonyabb, mint az ivóvízben megengedett 3 ppb határérték, és 120-szor alacsonyabb, mint a vízi élővilágra javasolt krónikus expozíciós határérték, 12 ppb.
Ezeknél a koncentrációknál az állatok 16 százalékának a normálisnál több ivarmirigye volt – köztük egy állatnak hat heréje -, vagy hím és nőstény szervei (herék és petefészkek) is voltak. Egyetlen kontrollállatnál sem volt ilyen rendellenesség.
Ezeken kívül, míg a normális hímeknek a metamorfózis idején nagyobbak a hangszerveik, mint a nőstényeknek, az 1 ppb vagy annál nagyobb mennyiségű atrazinnak kitett hímek több mint 80 százalékának a szervei kisebbek voltak az átlagosnál. Az ivarérett hímek tesztoszteronszintje 10-szeres csökkenést mutatott, ami a normális nőstényeknél tapasztalt szint alá csökkent. Ez arra utal, hogy az atrazin a nemi hormonok szintézisének megzavarásával hat, ami magyarázatot adhat a kisebb gégékre és a rendellenes ivarmirigyekre is.
“… a jelenlegi adatok új aggályokat vetnek fel a kétéltűekkel kapcsolatban az atrazin kapcsán” – írták a kutatók tanulmányukban. “Ha ilyen hatások a vadonban is előfordulnak, a kitett állatok szaporodási funkciói károsodhatnak.”
Valójában Hayes és kollégái ezt követően felderítést végeztek atrazin-szennyezett középnyugati tavakról, hogy kiderítsék, előfordulnak-e ilyen szaporodási rendellenességek a vadon élő békáknál. Számos őshonos leopárdbékát (Rana pipiens) találtak hasonló problémákkal, és most tesztelik a befogott állatokat, hogy megállapítsák, vajon az atrazin okozta-e ezeket a változásokat.
“Az atrazin nyilvánvalóan hatással van a békákra” – mondta Hayes. “Komoly hatásokat mutattunk ki a szexuális fejlődésükre. Fel kell tennünk a kérdést: ‘Milyen környezeti költségei vannak az atrazin használatának? Milyen sokféleséget veszítettünk el?””
Hayes a tanulmányt a közelmúltban doktorált Nigel Noriega, Aaron Vonk tudományos munkatárs, valamint Atif Collins, Melissa Lee, Magdelena Mendoz és A. Ali Stuart korábbi vagy jelenlegi egyetemi hallgatók segítségével végezte, akik mindannyian társszerzőként szerepelnek a tanulmányban. A tanulmányokat a Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatta.
Kiegészítő információk:
- Profil Tyrone Hayesről