Chronic life-cycle exposure to atrazine at an environmentally relevant concentration induces redox imbalance, mortality, and developmental malformations in zebrafish (Danio rerio)
Die chronische Exposition gegenüber der umweltrelevanten Konzentration von 1 µg/L Atrazin induziert bei Zebrafischen durch die Erhöhung reaktiver Sauerstoffspezies bei gleichzeitiger Erschöpfung der antioxidativen Abwehr und Hemmung der Acetylcholinesterase-Aktivität ein Redox-Ungleichgewicht, hohe Mortalität, Entwicklungsfehlbildungen sowie neuromuskuläre Beeinträchtigungen.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich die Welt der Wissenschaft wie eine riesige, geschäftige Stadt vor, in der winzige Boten zwischen Gebäuden hin und her rennen und Anweisungen liefern, die alles am Laufen halten. In der biologischen Stadt eines Lebewesens sind diese Boten Chemikalien und die Gebäude sind Zellen. Manchmal wird die Stadt verschmutzt. Wenn eine toxische Substanz in das Wasser oder die Luft gelangt, ist das so, als würde man einen Schraubenschlüssel in die Zahnräder einer Uhr werfen oder Öl auf eine belebte Autobahn schütten. Die Boten werden verwirrt, die Zahnräder klemmen und das gesamte System beginnt zu stottern. Wissenschaftler, die dies untersuchen, nennt man Ökotoxikologen; sie sind wie Umwelt-Detektive, die versuchen herauszufinden, wie viel Verschmutzung zu viel für die Kreaturen ist, die in unseren Flüssen und Seen leben. Eine der großen Fragen, die sie stellen, lautet: „Wenn eine Chemikalie in einer Konzentration im Wasser vorhanden ist, die wir für den Menschen als ‚sicher‘ erachten, verursacht sie dann trotzdem Probleme für die Fische?“ Um dies zu beantworten, verwenden sie oft einen winzigen, transparenten Fisch namens Zebrabärbling. Da diese Fische schnell wachsen und ihre Körper als Babys durchsichtig sind, sind sie perfekt dafür geeignet, zu beobachten, wie Verschmutzung das Leben vom allerersten Moment der Existenz an beeinflusst.
Diese Studie ist eine Langzeituntersuchung darüber, was passiert, wenn Zebrabärblinge einem gängigen Unkrautbekämpfungsmittel namens Atrazin ausgesetzt werden. Die Forscher haben den Fischen nicht nur einen schnellen Schwall der Chemikalie verabreicht; die Fische lebten mit ihr zusammen, vom Moment, als sie winzige Eier waren, bis sie ausgewachsene Erwachsene wurden. Sie verwendeten eine Konzentration von 1 µg/L, eine sehr kleine Menge, aber es ist eine Menge, die tatsächlich in echten Flüssen und Reservoirs gefunden wurde. Das Ziel war zu sehen, ob diese „umweltrelevante“ Dosis, die unter dem gesetzlichen Grenzwert für Trinkwasser in Brasilien liegt, dennoch Probleme für den Fisch verursachen könnte, insbesondere in Bezug auf sein Herz, seine Bewegung und seine interne Chemie.
Die Geschichte, die die Arbeit erzählt, ist eine von einem stillen Kampf im Inneren des Fisches. Stellen Sie sich die Zellen des Fisches wie eine Fabrik vor, die Energie produziert. Um die Fabrik am Laufen zu halten, benötigt sie ein Gleichgewicht zwischen der Erzeugung von Energie und der Reinigung der Abgase (genannt reaktive Sauerstoffspezies oder ROS). Der Fisch besitzt eine Reinigungsmannschaft, bestehend aus speziellen Enzymen und Chemikalien, die wie Hausmeister fungieren und die toxischen Abgase wegfegen, bevor sie die Maschinen beschädigen. Als das Atrazin in das System eindrang, war das so, als würde ein Kobold in die Fabrik schlüpfen und die Hitze an den Maschinen hochdrehen. Die Studie fand heraus, dass der Fisch begann, viel zu viele Abgase zu produzieren (einen signifikanten Anstieg von ROS), und dass seine Reinigungsmannschaft damit beschäftigt war, überfordert zu werden. Speziell das Enzym „Katalase“, ein wichtiger Hausmeister, verlangsamte seine Arbeit, und der Vorrat an nicht-proteinhaltigen Thiolen (einer anderen Art von Reinigungschemie) ging zur Neige. Die gesamte Antioxidationskapazität, was wie die allgemeine Stärke des Reinigungsteams ist, sank signifikant.
Dennoch brach die Fabrik nicht vollständig zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass, während die Abgase anhäuften, der tatsächliche Schaden an den Wänden des Gebäudes (gemessen durch etwas namens TBARS, das verfolgt, ob Fette ranzig werden) keinen großen Anstieg zeigte. Dies deutet darauf an, dass die verbleibende Reinigungsmannschaft des Fisches Überstunden geleistet hat, um die Linie zu halten und eine totale Katastrophe zu verhindern, aber zu einem Preis. Der Preis war hoch: Die Herzfrequenz des Fisches verlangsamte sich signifikant und sank von einem Median von 180,5 Schlägen pro Minute in der gesunden Gruppe auf 164,0 Schläge pro Minute in der exponierten Gruppe. Es war, als ob der Hauptgenerator der Fabrik langsamer lief, um Energie zu sparen.
Der dramatischste Teil der Geschichte war jedoch die Überlebensrate. Atrazin war ein brutaler Gegner. In der Gruppe der Fische, die der Chemikalie ausgesetzt waren, starben erschreckende 87,5 %, bevor sie erwachsen werden konnten, im Vergleich zu nur 12,5 % in der Gruppe mit sauberem Wasser. Die Überlebenden sahen sich zudem mit seltsamen Entwicklungsstörungen konfrontiert. Bis zu einem Alter von 72 Stunden zeigten viele der exponierten Fische Anzeichen von Stress, wie etwa geschwollene Herzen (Perikardödem) und geschwollene Dottersäcke, oder sie hatten verdrehte Wirbelsäulen und deformierte Schwänze. Interessanterweise fanden die Forscher heraus, dass die Fische sich nicht unbedingt auf eine unkontrollierte Weise bewegten (die spontane Bewegung änderte sich nicht), aber ihre interne Chemie war definitiv gestört. Die Chemikalie reduzierte auch die Aktivität eines Enzyms namens Acetylcholinesterase (AChE), was wie der Schalter ist, der ein Signal zwischen Nerven und Muskeln ausschaltet. Wenn dieser Schalter klemmt, kann dies zu Problemen in der Art und Weise führen, wie der Fisch denkt und sich bewegt, was darauf hindeutet, dass das Atrazin ihr Nervensystem beeinflusste.
Die Forscher untersuchten auch ein spezifisches Enzym namens Superoxiddismutase (SOD), einen weiteren Teil der Reinigungsmannschaft, fanden aber heraus, dass sich deren Werte nicht wesentlich veränderten. Dies zeigt uns, dass das Atrazin nicht das gesamte Reinigungssystem abgeschaltet hat; es hat gezielt bestimmte Teile angegriffen, wie etwa die Katalase, während es andere unberührt ließ. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass selbst wenn die Menge an Atrazin, die verwendet wurde, nach geltendem Recht als „sicher“ gilt, sie ausreichte, um das interne Gleichgewicht des Fisches zu stören, eine hohe Sterblichkeitsrate zu verursachen und zu körperlichen Deformationen zu führen. Es legt nahe, dass die „sicheren“ Grenzwerte neu überdacht werden müssen, denn für einen Fisch, der als Ei aufwächst, kann selbst ein winziger Bruchteil dieses Unkrautbekämpfungsmittels ein Kampf auf Leben und Tod sein.
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