Długotrwała ekspozycja na niskie stężenia powszechnie stosowanego pestycydu rolniczego może przyspieszać starzenie fizjologiczne i skracać długość życia ryb. Takie wnioski płyną z nowego badania kierowanego przez Jasona Rohra, biologa z University of Notre Dame. Wyniki te mogą mieć daleko idące konsekwencje zarówno dla regulacji środowiskowych, jak i dla zdrowia ludzi.
Badanie, opublikowane w czasopiśmie Science, wykazało, że przewlekła ekspozycja na insektycyd chloropiryfos w stężeniach zbyt niskich, by wywoływać ostrą toksyczność, prowadzi do przyspieszonego starzenia się ryb na poziomie komórkowym.
Badania terenowe i pierwsze obserwacje
Projekt badawczy rozpoczął się od szeroko zakrojonych badań terenowych w Chinach. Współpracujący z zespołem naukowcy analizowali tysiące ryb odławianych przez kilka lat z jezior o różnym stopniu skażenia pestycydami. Rohr i jego współpracownicy zauważyli, że w jeziorach zanieczyszczonych praktycznie brakowało starszych osobników, podczas gdy populacje z relatywnie czystych akwenów obejmowały liczne ryby w podeszłym wieku.
Wzorzec ten sugerował, że problemem nie była ograniczona reprodukcja, lecz wcześniejsza śmierć ryb żyjących w skażonym środowisku.
Markery biologiczne starzenia
– Gdy zbadaliśmy długość telomerów oraz odkładanie lipofuscyny w wątrobie ryb – uznane markery biologiczne starzenia – okazało się, że ryby w tym samym wieku kalendarzowym starzały się szybciej w jeziorach zanieczyszczonych niż w czystych – podkreśla Jason Rohr, Ludmilla F., Stephen J. and Robert T. Galla Professor and Chair w Department of Biology.
Analizy chemiczne wykazały, że chloropiryfos był jedyną substancją obecną w tkankach ryb, która w sposób konsekwentny korelowała z oznakami przyspieszonego starzenia. Obejmowały one skrócenie telomerów – struktur działających jak ochronne „końcówki” chromosomów – oraz zwiększone odkładanie lipofuscyny, czyli nagromadzenie uszkodzonych białek i metali w długo żyjących komórkach.
Aby potwierdzić bezpośredni związek przyczynowy, konieczne było przeprowadzenie kontrolowanych eksperymentów laboratoryjnych z wykorzystaniem stężeń chloropiryfosu odpowiadających tym obserwowanym w środowisku naturalnym.
Eksperymenty laboratoryjne
W warunkach laboratoryjnych przewlekła ekspozycja na niskie dawki chloropiryfosu prowadziła do stopniowego skracania telomerów, nasilonego starzenia komórkowego oraz obniżonego przeżycia ryb. Efekty te były szczególnie wyraźne u osobników pochodzących z zanieczyszczonych jezior, które już wcześniej wykazywały cechy zaawansowanego starzenia fizjologicznego.
Choć wyniki laboratoryjne dobrze odzwierciedlały obserwacje terenowe, naukowcy rozważyli alternatywne wyjaśnienie, zgodnie z którym skrócenie życia mogło wynikać z krótkotrwałych epizodów ekspozycji na wysokie dawki pestycydu, a nie z długotrwałego działania niskich stężeń.
Aby wykluczyć tę możliwość, przeprowadzono kolejny eksperyment. Wykazał on, że krótkotrwała ekspozycja na znacznie wyższe dawki chloropiryfosu powodowała szybką toksyczność i śmierć, lecz nie prowadziła do przyspieszonego starzenia mierzonego skróceniem telomerów i akumulacją lipofuscyny. Potwierdziło to, że kluczowym mechanizmem jest długotrwałe kumulowanie się niskopoziomowej ekspozycji, a nie sporadyczne „piki” wysokich dawek.
Konsekwencje ekologiczne i znaczenie dla zdrowia publicznego
Utrata starszych osobników może mieć poważne konsekwencje ekologiczne. Starsze ryby często wnoszą nieproporcjonalnie duży wkład w reprodukcję, różnorodność genetyczną oraz stabilność populacji.
– Wyniki te budzą również szersze obawy, ponieważ biologia telomerów i mechanizmy starzenia są wysoce konserwatywne wśród kręgowców, w tym u ludzi – zaznacza Rohr.
Chloropiryfos został w dużej mierze zakazany w Unii Europejskiej, jednak nadal jest stosowany w Chinach, w części Stanów Zjednoczonych oraz w wielu innych krajach. Co istotne, efekty przyspieszonego starzenia obserwowane w badaniu występowały przy stężeniach niższych niż obecnie obowiązujące w USA normy bezpieczeństwa dla wód słodkich.
– Nasze wyniki podważają założenie, że substancje chemiczne są bezpieczne, jeśli nie powodują natychmiastowych szkód – podsumowuje badacz. – Ekspozycja na niskie poziomy może po cichu kumulować uszkodzenia w czasie, przyspieszając biologiczne starzenie. To pokazuje, że ocena bezpieczeństwa chemikaliów musi wykraczać poza krótkoterminowe testy toksyczności, aby skutecznie chronić zdrowie środowiskowe i ludzkie.
Badania były finansowane przez National Science Foundation w Stanach Zjednoczonych i Chinach, Illinois-Indiana Sea Grant oraz Frontiers Research Foundation.
Źródło: Science, Chronic low-dose exposure to chlorpyrifos reduces lifespan in a wild fish by accelerating aging
DOI: http://dx.doi.org/10.1126/science.ady4727
