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.
カリフォルニア大学バークレー校の発達内分泌学者Tyrone B. Hayes准教授（統合生物学）らは、Proceedings of the National Academy of Sciencesの4月16日号の論文で、環境によく見られるレベルのアトラジンがオタマジャクシを男性化せず、雌雄両方の性的特徴を持つ生物に変えてしまうことを報告しています。
後にヘイズが発見したように、中西部のアトラジン汚染された池の多くには、同じ異常を持つ在来種のヒョウガエルが生息しています。
「アトラジンに暴露されたカエルは、正常な生殖器官を持っていません」「オスは精巣の中に卵巣があり、潜在的な相手を呼ぶのに不可欠な発声器官はずっと小さくなっています」。
|
高解像度画像はダウンロード可能です。 |
これらの異常が生殖能力の低下につながるかどうかは不明です。
「環境におけるアトラジンの使用は、基本的に非管理下の実験であり、アトラジンのない環境はないようです」と、Hayes 氏は述べています。 「とヘイズは言います。「アトラジンは非常に広範囲に使用されているため、水生環境は危険にさらされています。
この除草剤は約80カ国で40年間使用されているため、オスのカエルの性的発達への影響は、両生類の世界的減少の多くの要因の1つである可能性があると、彼は付け加えました。
今回の発見は、EPAが飲料水中のアトラジンの許容レベル（現在3ppb）を再評価し、4日間の平均暴露量を12ppbに制限する、水生生物保護のための新しい基準を起草している時期に行われたものです。 ヘイズは0.1ppbという低濃度でカエルの雌雄同体を発見しました。 今日の規制値でも、中西部の一部では40ppbのアトラジンが雨水や湧水で測定されており、農業排水中のアトラジンは数ppmになることもある。
この除草剤は、中西部の多くの地域で飲料水も汚染しており、一部の環境保護団体は、子供や乳児、胎児への影響について懸念を表明しています。 フランス、ドイツ、イタリア、スウェーデン、ノルウェーなど、アトラジンの使用を禁止している国々は、アトラジンの使用を禁止しています。
世界自然保護基金の上級科学者で、内分泌かく乱化学物質の国際的な専門家であるテオ・コルボーン博士は、「これは非常に重要かつエレガントな仕事です」と述べています。 「タイロン氏の研究は、動物が生活するフィールドで、彼らが暴露されるレベルの化学物質の安全性に関する研究を行う必要性を示しています。 生殖腺に見られる彼の変化は、過去に行われた従来の高用量アトラジン実験では発見されなかったものです。 また、低用量暴露による隠れた影響を発見するためには、カエルの内臓を顕微鏡で調べることが必要です。”
これまで、哺乳類や両生類に対するアトラジンの影響は、環境中で一般的に見られる量ではなく、大量に投与した場合のみ実験されてきました。
ヘイズとその同僚は、雑誌の記事の中で、「今回の研究における有効量は…他の分類群に比べ両生類の感受性を示し、両生類を感度の高い環境モニター/センチネルとして使用することを検証し、野生の両生類に対する真の懸念を提起しています」、と書いています。
ヘイズは、アトラジンは組織内に蓄積されないし、人間はカエルのように水の中で一生を過ごすわけではないので、人間にこれほど深刻な影響を与えるかどうかは疑問視しています。
細胞培養を用いたいくつかの研究では、両生類の性器に観察された影響について、生化学的な説明が可能であると指摘しています。 イーストランジングにあるミシガン州立大学の動物学教授であるJohn P. Giesyとその同僚は、昨年、大量のアトラジンが、アンドロゲンホルモンをエストロゲンホルモンに変換する酵素であるアロマターゼの生成を増加させることを発見しました。 この結果を哺乳類の細胞から両生類に外挿すると、アトラジンは男性ホルモンを女性ホルモンに変換するのを促進することによって、オスのカエルを女性化する可能性があるとヘイズは主張している。 アンドロゲンが低下すれば声帯の発達が妨げられ、エストロゲンが増加すれば精巣内の卵巣が促進されることになる。
昨年はアメリカだけで6000万ポンド以上の除草剤が散布された。 メーカーのシンジェンタは、農家が米国のトウモロコシとソルガムの全エーカーの約3分の2の雑草を制御するために、この除草剤を使用すると推定しています。 平均して、トウモロコシの収量を4％強向上させる。 しかし、この化合物は環境中ですぐに分解され、水溶性のため体内からすぐに排泄されるため、一般に安全と考えられている。
しかし、水生生物はアトラジンに汚染された畑の流出水で泳ぎ、繁殖します。 これまでの研究では、両生類の成体の奇形や異常は非常に高い用量でしか確認されていませんでしたが、カエルのホルモンレベルやカエルの幼生期であるオタマジャクシへの影響については詳しく調べられたことがなかったのです。
EPAに促され、シンジェンタは両生類ホルモンの専門家であるヘイズに、アトラジンが両生類の性ホルモンを乱すかどうかを調べるように依頼しました。 ヘイズ氏は、ホルモンに影響を与える化学物質を検出するための非常に感度の高い分析法をいくつか開発しており、その中には人間の乳がんを誘発する可能性のあるエストロゲン様化学物質の検査法も含まれています。
ヘイズは当初、研究のためにシンジェンタから資金を受け取っていましたが、現在発表されている研究はすべてシンジェンタとは無関係に行われたものです。
実験室での試験には、アフリカツメガエル（Xenopus laevis）を使用しました。このカエルは、多くのカエルと同様に、自分自身の性ホルモンの作用を模倣するホルモンに非常に敏感で、人気の研究対象です。 例えば、エストロゲンを含む池で育てると、オタマジャクシはすべてメスになる。 アンドロゲンの存在下では、カエルは声帯（喉頭）を大きくする。
3つの水槽で飼育した2つのカエルの個体群を用いて、さまざまな濃度のアトラジンで実験したところ（実験は51回繰り返しました）、アトラジンは0.1ppb以上の濃度でカエルの性発生に影響を与えることがわかりました。 これは、飲料水の許容濃度である3ppbの30分の1、水生生物の慢性暴露限界値案である12ppbの120分の1という低さです。
これらの濃度では、16%もの動物が生殖腺の数が通常よりも多く（6つの精巣を持つ動物も含む）、またはオスとメスの両方の器官（精巣と卵巣）を持っていました。 対照動物にはそのような異常はなかった。
また、変態時の正常なオスはメスよりも声帯が大きいのですが、1ppb以上のアトラジンに暴露されたオスの80％以上の声帯は平均よりも小さかったのです。 性成熟した雄では、テストステロン値が10倍減少し、正常な雌に見られるレベル以下になった。 このことは、アトラジンが性ホルモンの合成を阻害していることを示唆しており、喉頭の小ささや生殖腺の異常もこれで説明できると考えられる。
「…今回のデータは、アトラジンに関して両生類に新たな懸念を抱かせるものです」と研究者は論文に書いています。 「
実際、Hayes氏らはその後、中西部のアトラジン汚染池の偵察を行い、野生のカエルにそのような生殖異常が発生しているかどうかを確認しました。 その結果、同様の問題を抱える在来種のヒョウガエル（Rana pipiens）が多数見つかり、現在、捕獲した動物を検査して、これらの変化がアトラジンの影響によるものかどうかを判断しているところです。
「アトラジンは明らかにカエルに影響を与えています」とヘイズは言います。 「私たちは、彼らの性的発達に深刻な影響を示しています。 私たちは、「アトラジンを使用することによる環境コストはどの程度なのか？ 私たちはどのような多様性を失ったのでしょうか?
ヘイズは、最近博士号を取得したナイジェル・ノリエガ、研究員のアーロン・ヴォンク、元または現学部生のアティフ・コリンズ、メリッサ・リー、マグデレナ・メンドー、A・アリ・スチュアートの協力を得て研究を行い、彼らはすべて論文の共著者として記載されています。
追加情報:
- タイロン・ヘイズのプロフィール
この研究は、全米科学財団から支援を受けています。