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.
Em um artigo na edição de 16 de abril do Proceedings of the National Academy of Sciences, University of California, Berkeley, o endocrinologista de desenvolvimento Tyrone B. Hayes, professor associado de biologia integrativa, e seus colegas relatam que a atrazina em níveis frequentemente encontrados no ambiente demasculiniza girinos e os transforma em hermafroditas – criaturas com características sexuais masculinas e femininas. O herbicida também reduz os níveis do hormônio masculino testosterona em rãs machos sexualmente maduras por um fator de 10, para níveis inferiores aos das rãs fêmeas normais.
Como Hayes descobriu mais tarde, muitas lagoas contaminadas com atrazina no meio-oeste contêm rãs leopardo nativas com as mesmas anormalidades.
“Rãs expostas à atrazina não têm sistemas reprodutivos normais”, disse ele. “Os machos têm ovários nos testículos e órgãos vocais muito menores”, que são essenciais para chamar potenciais companheiros.
|
Imagem de alta resolução disponível para download. |
br>Gônadas anormais em um sapo Xenopus macho, o resultado da exposição ao herbicida atrazina. A rã tornou-se hermafrodita, ou seja, tem órgãos sexuais tanto masculinos (testículos) como femininos (ovários). Crédito: Tyrone Hayes/UC Berkeley, cortesia PNASNão está claro se estas anomalias levam a uma redução da fertilidade. Hayes agora está tentando determinar como as anormalidades afetam a capacidade dos sapos de produzir descendentes.
“O uso de atrazina no ambiente é basicamente um experimento descontrolado – parece não haver ambiente livre de atrazina”, disse Hayes. “Por ser tão difundido, os ambientes aquáticos estão em risco”.
Porque o herbicida está em uso há 40 anos em cerca de 80 países, seu efeito no desenvolvimento sexual em rãs do sexo masculino pode ser um dos muitos fatores no declínio global dos anfíbios, acrescentou ele.
Os resultados chegam num momento em que a EPA está reavaliando os níveis permitidos de atrazina na água potável, que se situam hoje em 3 partes por bilhão (ppb), e elaborou novos critérios para a proteção da vida aquática, limitando as exposições médias de quatro dias a 12 ppb. Hayes encontrou hermafroditismo em rãs a níveis tão baixos quanto 0,1 ppb. Mesmo com os limites atuais, os níveis de 40 ppb de atrazina foram medidos em água de chuva e nascente em partes do Centro-Oeste, enquanto que a atrazina no escoamento agrícola pode estar presente em várias partes por milhão.
O herbicida também contamina o abastecimento de água potável em muitas comunidades do Centro-Oeste, levando alguns grupos ambientais a manifestarem preocupação com o seu efeito sobre as crianças, bebés e o feto. França, Alemanha, Itália, Suécia e Noruega estão entre os países que proibiram o uso da atrazina.
“Este é um trabalho muito importante e elegante”, disse Theo Colborn, PhD, cientista sênior do World Wildlife Fund e um especialista internacionalmente reconhecido em produtos químicos desreguladores endócrinos. “O trabalho de Tyrone demonstra a necessidade de fazer pesquisas sobre a segurança dos químicos no campo onde os animais vivem e nos níveis a que estão expostos”. As mudanças que ele encontrou nas gônadas não foram descobertas com os experimentos tradicionais de alta dose de atrazina usados no passado”. Além disso, o exame microscópico dos órgãos internos das rãs é necessário para detectar os efeitos ocultos da exposição a baixas doses”.
Até à data, os efeitos da atrazina em mamíferos e anfíbios foram testados apenas em doses grandes, não em doses normalmente encontradas no ambiente.
Em seu artigo de periódico, Hayes e seus colegas escrevem, “As doses eficazes no estudo atual … demonstram a sensibilidade dos anfíbios em relação a outros taxa, validam o uso de anfíbios como monitores/sentinelas ambientais sensíveis, e levantam uma preocupação real com os anfíbios na natureza”.
Hayes duvida que a atrazina tenha efeitos tão graves nos humanos, porque o herbicida não se acumula nos tecidos e os humanos não passam a vida na água como os sapos. No entanto, os efeitos da atrazina em rãs podem ser um sinal de que o herbicida também está afetando sutilmente os hormônios sexuais humanos, interferindo com andrógenos, como a testosterona, que controlam as características sexuais masculinas.
Alguns estudos em cultura celular apontam para uma possível explicação bioquímica dos efeitos observados em órgãos sexuais anfíbios. John P. Giesy, professor de zoologia da Michigan State University em East Lansing, e seus colegas descobriram no ano passado que, em grandes doses, a atrazina aumenta a produção da enzima aromatase, que converte hormônios androgênicos em hormônios estrogênicos. Extrapolando estes resultados de células de mamíferos para anfíbios, Hayes argumenta que a atrazina poderia feminizar os sapos masculinos promovendo a conversão dos hormônios masculinos em hormônios femininos. Os andrógenos abaixados interfeririam no desenvolvimento da caixa de voz, enquanto o aumento dos estrogênios promoveria ovários dentro dos testículos.
Mais de 60 milhões de libras do herbicida foram aplicadas no ano passado, só nos Estados Unidos. O fabricante Syngenta estima que os agricultores usam o herbicida para controlar ervas daninhas em cerca de dois terços de toda a área de cultivo de milho e sorgo nos EUA. Em média, ele melhora o rendimento do milho em pouco mais de 4%. O composto é geralmente considerado seguro, no entanto, porque se decompõe rapidamente no ambiente e, sendo solúvel em água, é rapidamente excretado do corpo.
A vida aquática, no entanto, nada e procria em campos contaminados com atrazina. Embora estudos anteriores tenham mostrado deformidades e anormalidades em anfíbios adultos apenas em doses muito elevadas, ninguém tinha analisado em detalhe os níveis hormonais em rãs ou os efeitos em girinos, o estádio larval das rãs.
Prodded by the EPA, Syngenta abordou Hayes, um especialista em hormônios anfíbios, para descobrir se a atrazina perturba os hormônios sexuais em anfíbios. Ele desenvolveu vários ensaios muito sensíveis para detectar substâncias químicas que afetam os hormônios, incluindo um teste para substâncias químicas semelhantes ao estrogênio que podem induzir câncer de mama humano.
Embora Hayes tenha inicialmente recebido fundos da Syngenta para os estudos, todos os estudos atuais publicados foram conduzidos independentemente da Syngenta.
Para seus testes de laboratório, ele usou o sapo africano de garras, Xenopus laevis, um popular tema de pesquisa que, como muitos sapos, é muito sensível a hormônios que imitam o efeito de seus próprios hormônios sexuais. Se criados num tanque com estrogênio, por exemplo, todos os girinos Xenopus se transformam em fêmeas. Na presença de andrógenos, os sapos crescem em caixas de voz maiores, ou laringos.
Em experiências de laboratório em várias concentrações de atrazina, usando duas populações separadas de rãs criadas em três tanques separados – experiências replicadas 51 vezes – elas encontraram atrazina para afectar o desenvolvimento sexual das rãs em concentrações de 0.1 ppb e superiores. Isto é 30 vezes inferior ao limite permitido de 3 ppb em água potável e 120 vezes inferior ao limite de exposição crónica proposto para a vida aquática, 12 ppb.
Nestas concentrações, até 16% dos animais tinham mais do que o número normal de gónadas – incluindo um animal com seis testículos – ou tinham órgãos masculinos e femininos (testículos e ovários). Nenhum animal de controle apresentava tais anormalidades.
Também, enquanto os machos normais na metamorfose têm órgãos vocais maiores do que as fêmeas, os órgãos de mais de 80% dos machos expostos a 1 ppb ou mais de atrazina eram menores do que a média. Os machos sexualmente maduros mostraram uma diminuição de 10 vezes nos níveis de testosterona, trazendo-os abaixo dos níveis encontrados em fêmeas normais. Isto sugere que a atrazina age perturbando a síntese de hormônios sexuais, o que também poderia explicar as laringas menores e as gônadas anormais.
“… os dados atuais levantam novas preocupações para os anfíbios em relação à atrazina”, os pesquisadores escreveram em seu trabalho. “Se tais efeitos ocorrerem na natureza, os animais expostos sofreriam de deficiência da função reprodutiva”
Na verdade, Hayes e seus colegas subsequentemente conduziram um reconhecimento de lagoas contaminadas com atrazina no meio-oeste para ver se tais anormalidades reprodutivas ocorrem em sapos na natureza. Eles descobriram muitas rãs leopardo nativas (Rana pipiens) com problemas similares, e agora estão testando os animais capturados para determinar se essas alterações são devidas à atrazina.
“Atrazina está obviamente afetando as rãs”, disse Hayes. “Nós temos mostrado efeitos sérios no seu desenvolvimento sexual. Precisamos fazer as perguntas: ‘Quais são os custos ambientais do uso da atrazina? Que diversidade perdemos?””
Hayes conduziu o estudo com a ajuda do recente doutorando Nigel Noriega, o associado de pesquisa Aaron Vonk, e antigos ou atuais estudantes de graduação Atif Collins, Melissa Lee, Magdelena Mendoz e A. Ali Stuart, todos eles listados como co-autores do trabalho. Os estudos foram apoiados pela National Science Foundation.
Informação adicional:
- Perfil sobre Tyrone Hayes