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.
Într-un articol publicat în numărul din 16 aprilie al revistei Proceedings of the National Academy of Sciences, University of California, Berkeley, endocrinologul dezvoltării Tyrone B. Hayes, profesor asociat de biologie integrativă, și colegii săi raportează că atrazina, la niveluri des întâlnite în mediul înconjurător, demasculinizează mormolocii și îi transformă în hermafrodiți – creaturi cu caracteristici sexuale atât masculine, cât și feminine. De asemenea, erbicidul scade de 10 ori nivelul hormonului masculin testosteron la broaștele masculine mature din punct de vedere sexual, până la niveluri mai mici decât cele ale broaștelor femele normale.
Așa cum a descoperit ulterior Hayes, multe iazuri contaminate cu atrazină din Midwest conțin broaște leopard indigene cu aceleași anomalii.
„Broaștele expuse la atrazină nu au un sistem reproducător normal”, a spus el. „Masculii au ovare în testicule și organe vocale mult mai mici”, care sunt esențiale pentru a chema potențialele partenere.
|
Imaginea de înaltă rezoluție disponibilă pentru descărcare. |
Nu este clar dacă aceste anomalii duc la o fertilitate redusă. Hayes încearcă acum să determine modul în care anomaliile afectează capacitatea broaștelor de a produce urmași.
„Utilizarea atrazinei în mediul înconjurător este practic un experiment necontrolat – se pare că nu există un mediu fără atrazină”, a spus Hayes. „Deoarece este atât de răspândită, mediile acvatice sunt în pericol”.
Pentru că erbicidul este utilizat de 40 de ani în aproximativ 80 de țări, efectul său asupra dezvoltării sexuale la broaștele masculi ar putea fi unul dintre numeroșii factori ai declinului global al amfibienilor, a adăugat el.
Constatările vin într-un moment în care EPA reevaluează nivelurile admise de atrazină în apa potabilă, care se situează în prezent la 3 părți pe miliard (ppb), și a redactat noi criterii pentru protecția vieții acvatice, limitând expunerea medie pe patru zile la 12 ppb. Hayes a descoperit hermafroditism la broaște la niveluri de doar 0,1 ppb. Chiar și cu limitele actuale, niveluri de 40 ppb de atrazină au fost măsurate în apa de ploaie și de izvor în unele părți din Midwest, în timp ce atrazina din scurgerile agricole poate fi prezentă la mai multe părți pe milion.
Herbicidul contaminează, de asemenea, rezervele de apă potabilă din multe comunități din Midwest, ceea ce a determinat unele grupuri de mediu să își exprime îngrijorarea cu privire la efectul său asupra copiilor, sugarilor și fătului. Franța, Germania, Italia, Suedia și Norvegia se numără printre țările care au interzis utilizarea atrazinei.
„Aceasta este o lucrare foarte importantă și elegantă”, a declarat Theo Colborn, doctor în științe, cercetător principal la World Wildlife Fund și expert recunoscut la nivel internațional în domeniul substanțelor chimice care perturbă sistemul endocrin. „Lucrarea lui Tyrone demonstrează necesitatea de a face cercetări privind siguranța substanțelor chimice pe teren, acolo unde animalele trăiesc și la nivelurile la care sunt expuse. Modificările pe care le-a găsit în gonade nu au fost descoperite cu experimentele tradiționale cu doze mari de atrazină folosite în trecut. În plus, este necesară examinarea microscopică a organelor interne ale broaștelor pentru a detecta efectele ascunse ale expunerii la doze mici.”
Până în prezent, efectele atrazinei asupra mamiferelor și amfibienilor au fost testate doar la doze mari, nu și la doze întâlnite în mod obișnuit în mediul înconjurător.
În articolul lor din revistă, Hayes și colegii săi scriu: „Dozele efective din studiul actual … demonstrează sensibilitatea amfibienilor în raport cu alți taxoni, validează utilizarea amfibienilor ca monitoare/santinelă de mediu sensibile și ridică o preocupare reală pentru amfibienii din mediul sălbatic”.
Hayes se îndoiește că atrazina are efecte atât de grave asupra oamenilor, deoarece erbicidul nu se acumulează în țesuturi, iar oamenii nu își petrec viața în apă, așa cum fac broaștele. Cu toate acestea, efectele atrazinei asupra broaștelor ar putea fi un semn că erbicidul afectează în mod subtil și hormonii sexuali umani, interferând cu androgenii, cum ar fi testosteronul, care controlează caracteristicile sexuale masculine.
Unele studii în culturi celulare indică o posibilă explicație biochimică pentru efectele observate asupra organelor sexuale ale amfibienilor. John P. Giesy, profesor de zoologie la Michigan State University din East Lansing, și colegii săi au descoperit anul trecut că, la doze mari, atrazina crește producția de enzimă aromatază, care transformă hormonii androgeni în hormoni estrogeni. Extrapolând aceste rezultate de la celulele mamiferelor la amfibieni, Hayes susține că atrazina ar putea feminiza broaștele masculine prin promovarea conversiei hormonilor masculini în hormoni feminini. Scăderea androgenilor ar interfera cu dezvoltarea laringelui, în timp ce creșterea estrogenilor ar favoriza apariția ovarelor în interiorul testiculelor.
Peste 60 de milioane de kilograme de erbicid au fost aplicate anul trecut numai în Statele Unite. Producătorul Syngenta estimează că fermierii folosesc erbicidul pentru a controla buruienile pe aproximativ două treimi din toate suprafețele de porumb și sorg din SUA. În medie, acesta îmbunătățește producția de porumb cu puțin peste patru procente. Cu toate acestea, compusul este în general considerat sigur, deoarece se descompune rapid în mediul înconjurător și, fiind solubil în apă, este excretat rapid din organism.
Viața acvatică, însă, înoată și se înmulțește în scurgerile de pe câmpuri contaminate cu atrazină. Deși studiile anterioare au arătat malformații și anomalii la amfibienii adulți doar la doze foarte mari, nimeni nu a analizat în detaliu nivelurile hormonale la broaște sau efectele asupra mormolocilor, stadiul larvar al broaștelor.
Provocată de EPA, Syngenta l-a abordat pe Hayes, un expert în hormoni amfibieni, pentru a afla dacă atrazina perturbă hormonii sexuali la amfibieni. El a dezvoltat mai multe teste foarte sensibile pentru a detecta substanțele chimice care afectează hormonii, inclusiv un test pentru substanțele chimice asemănătoare estrogenului care ar putea induce cancerul de sân la om.
Deși Hayes a primit inițial fonduri de la Syngenta pentru studii, toate studiile publicate în prezent au fost realizate independent de Syngenta.
Pentru testele sale de laborator, el a folosit broasca africană cu gheare, Xenopus laevis, un subiect de cercetare popular care, la fel ca multe broaște, este foarte sensibilă la hormonii care imită efectul propriilor hormoni sexuali. Dacă sunt crescuți într-un iaz cu estrogen, de exemplu, toți mormolocii Xenopus se transformă în femele. În prezența androgenilor, broaștelor le cresc cutii vocale mai mari, sau laringele.
În experimentele de laborator la diferite concentrații de atrazină, folosind două populații separate de broaște crescute în trei bazine separate – experimente reproduse de 51 de ori – au descoperit că atrazina afectează dezvoltarea sexuală a broaștelor la concentrații de 0,1 ppb și mai mari. Aceasta este de 30 de ori mai mică decât limita admisă de 3 ppb în apa potabilă și de 120 de ori mai mică decât limita de expunere cronică propusă pentru viața acvatică, de 12 ppb.
La aceste concentrații, până la 16 la sută dintre animale aveau un număr de gonade mai mare decât cel normal – inclusiv un animal cu șase testicule – sau aveau atât organe masculine, cât și feminine (testicule și ovare). Niciun animal de control nu a avut astfel de anomalii.
De asemenea, în timp ce masculii normali la metamorfoză au organele vocale mai mari decât cele ale femelelor, organele a peste 80 la sută dintre masculii expuși la 1 ppb sau mai mult de atrazină erau mai mici decât media. Masculii ajunși la maturitate sexuală au prezentat o scădere de 10 ori a nivelului de testosteron, aducându-l sub nivelurile găsite la femelele normale. Acest lucru sugerează că atrazina acționează prin întreruperea sintezei hormonilor sexuali, ceea ce ar putea explica, de asemenea, laringele mai mic și gonadele anormale.
„… datele actuale ridică noi motive de îngrijorare pentru amfibieni în ceea ce privește atrazina”, au scris cercetătorii în lucrarea lor. „Dacă astfel de efecte apar în sălbăticie, animalele expuse ar suferi o afectare a funcției de reproducere.”
De fapt, Hayes și colegii săi au efectuat ulterior o recunoaștere a iazurilor contaminate cu atrazină din Midwest pentru a vedea dacă astfel de anomalii de reproducere apar la broaștele din sălbăticie. Ei au descoperit multe broaște leopard indigene (Rana pipiens) cu probleme similare, iar acum testează animalele capturate pentru a determina dacă aceste modificări se datorează atrazinei.
„Atrazina afectează în mod evident broaștele”, a spus Hayes. „Am arătat efecte grave asupra dezvoltării lor sexuale. Trebuie să ne punem întrebările: „Care sunt costurile de mediu ale utilizării atrazinei? Ce diversitate am pierdut?””.
Hayes a realizat studiul cu ajutorul recentului laureat al doctoratului Nigel Noriega, al cercetătorului asociat Aaron Vonk și al foștilor sau actualilor studenți de licență Atif Collins, Melissa Lee, Magdelena Mendoz și A. Ali Stuart, toți aceștia fiind menționați ca și coautori ai lucrării. Studiile au fost susținute de National Science Foundation.
Informații suplimentare:
- Profilul lui Tyrone Hayes