reeds in 1962 waarschuwde rachel carson voor de kwalijke effecten van pesticiden voor het milieu. pop’s of persistant organic pollutants kunnen ook een hormoonverstorende werking hebben. in Silent Snow toont marla cone hoe de inuit de grootste slachtoffers zijn van de verontreiniging, ofschoon zij het minst pop’s gebruiken. dit heeft alles te maken met ‘global distillation’. om de poolgebieden te beschermen moet er wereldwijd een actieplan worden ontwikkeld.
Zwarte sneeuw
De meeste mensen weten dat pesticiden een negatief effect kunnen hebben op de gezondheid van mens en dier. Dit besef is grotendeels te danken aan het in 1962 verschenen boek Silent Spring van Rachel Carson, die in 1932 een MA in dierkunde aan de John Hopkins Universiteit behaalde. Verontrust door het overmatige gebruik van synthetische pesticiden na de Tweede Wereldoorlog en geïnspireerd door het sterk dalende aantal vogels in gebieden waar het insecticide DDT werd gebruikt, onderzocht Carson de effecten ervan op het milieu. In Silent Spring kaartte ze het probleem aan van wat later de POP’s (persistent organic pollutants) werden genoemd en bekritiseerde ze de houding van de industrie en beleidsmensen tegenover dit probleem. Ze bracht milieuverontreiniging onder de aandacht van een nog onwetende bevolking en opende een maatschappelijke discussie.
Waarnemingen bij slakken, vissen, amfibieën, reptielen en zoogdieren toonden duidelijk aan dat sommige stoffen die door de mens zijn aangemaakt hormoonverstorend kunnen werken. Een hormoonverstoorder is elke lichaamsvreemde stof die in staat is in te werken op de productie, vrijstelling, transport, metabolisme, binding, actie of afbraak van lichaamseigen hormonen. Het best gekende voorbeeld is het synthetische hormoon di-ethylstilbestrol (DES) dat tussen 1940 en 1970 aan meer dan vijf miljoen vrouwen werd toegediend om spontane abortus en zwangerschapscomplicaties te verhinderen. Foetale blootstelling aan die medicatie resulteerde in het frequent optreden van een zeldzame vaginale kanker tijdens de puberteit van dochters wiens moeders met DES werden behandeld. De mannelijke nakomelingen vertoonden structurele afwijkingen van de voortplantingsorganen, zoals hypospadie, cysten op de bijbal en een verminderde spermaconcentratie en -kwaliteit.
Omdat ook POP’s hormoonverstoorders kunnen zijn, werd besloten dat man made chemicals eerst moeten worden getest voor ze kunnen worden toegepast. Hoewel in de gebruikte testopstellingen hogere concentraties worden gebruikt dan gewoonlijk aanwezig in het leefmilieu, blijken vele stoffen in te grijpen op specifieke transcriptiefactoren die onder andere de expressie van geslachtskenmerken beïnvloeden. Die transcriptiefactoren behoren tot de familie van nucleaire receptoren die instaan voor het doorgeven van het signaal dat bestaat uit de geslachtshormonen of het schildklierhormoon. Pcb’s en dioxines kunnen de activiteit van de dioxinereceptor beïnvloeden. Pcb’s blijken in diverse diersoorten toxische effecten te veroorzaken, zoals acute sterfte, leververgroting, verlies van lichaamsgewicht, atrofie van de thymus, onderdrukking van het immuunsysteem, reproductie- en ontwikkelingseffecten. Testopstellingen kunnen echter alleen effecten aantonen bij concentraties die nooit of slechts uiterst zelden in een reële situatie (bijvoorbeeld bij chemische rampen) voorkomen. Bovendien zijn de effecten op proefdieren niet noodzakelijk dezelfde als op de mens.
In Silent Spring trok Carson aan de alarmbel in verband met de effecten van pesticiden op het milieu, voornamelijk op land- en tuinbouw en volksgezondheid. Het recent verschenen Silent Snow van Marla Cone is een vervolg hierop. Cone, die ‘Environmental Journalism’ doceert aan de University of Berkeley, baseert haar verhaal op ontmoetingen met Inuit en met wetenschappers die de natuur en levensgemeenschappen aan de Noordpool bestuderen. Ze beschrijft de mogelijke gevaren van man made chemicals en wat er op politiek vlak gedaan werd, wordt en wat nog zou moeten gebeuren.
Wat zijn de nieuwe ontwikkelingen? Door het verbod en de restricties op het gebruik van DDT bleken die stoffen, hoewel ze zeer stabiel zijn, toch uit het milieu te verdwijnen. Dit is goed nieuws, al worden nog steeds kleinere hoeveelheden DDT-metabolieten teruggevonden in serum en vet, zelfs van jongeren die geboren zijn lang nadat het gebruik ervan was verboden. Een positief gevolg van die daling is de toename aan roofvogels in Europa. De populaties van zee- en visarend, buizerd, havik, boom- en slechtvalk lijken zich te herstellen. Ook in ons land wordt een relatieve toename van de fauna, zowel in absolute aantallen als in diversiteit, vastgesteld. Een eenduidig verband met de verlaagde contaminatiegraad is wetenschappelijk echter niet aantoonbaar. Bovendien zijn de problemen nog lang niet van de baan. Bij de opening van het visseizoen in Wallonië werd er bijvoorbeeld voor gewaarschuwd dat de palingen niet voor consumptie geschikt waren omdat ze tot tienmaal te hoge concentraties aan pcb’s en dioxines bevatten.
POP’s zijn per definitie zeer stabiele verbindingen. Toch neemt hun concentratie af op die plaatsen waar in het verleden de grootste concentraties werden gemeten. Waar zijn die stoffen dan naartoe? Volgens Cone dook een mogelijk antwoord voor het eerst op bij dieren die als negatieve controles werden gebruikt bij metingen van chlordanecontaminaties. Chlordane is een pesticide dat gebruikt wordt in de maïs- en citrusteelt en in de tuinbouw. Als negatieve controles voor de chlordanemetingen werden vissen uit noordelijke streken gebruikt, waar het harde klimaat landbouw onmogelijk maakt. Aangezien de onderzochte vissen niet migreren, leek contaminatie uitgesloten. Wonderlijk genoeg werden bij die dieren chlordaneconcentraties gemeten die hoger zijn dan die in meer zuidelijke streken waar chlordane wordt gebruikt. Nog opvallender waren latere metingen van contaminaties in menselijke moedermelk. Pcb en pesticidenconcentraties bleken bij Inuitvrouwen tot tienmaal hoger dan bij andere Canadese vrouwen. De Inuit verlaten hun geboortestreek nauwelijks en leven van een traditioneel dieet bestaande uit vlees en vet van vissen, zeehonden en walvissen. Hoe komen die contaminanten dan in het lichaam en de moedermelk van die vrouwen terecht?
Inuit leven van een traditioneel dieet bestaande uit vlees en vet van vissen, zeehonden en walvissen
Het antwoord is ‘global distillation’: POP’s lijken aan de polen te accumuleren. POP’s die onder andere worden gebruikt als plastiekverzachters of pesticiden kunnen in de atmosfeer vrijkomen bijvoorbeeld bij brand of bij besproeiing. Bij hoge temperaturen zullen ze verdampen, bij lage temperaturen condenseren. Hun cyclus lijkt erg op de watercyclus die we op de lagere school hebben geleerd: water verdampt aan het aardoppervlak om dan elders, waar het koeler is, te condenseren tot neerslag. Stoffen die vrijkomen in de tropen of in streken met een gematigd klimaat worden zo via verdamping bij warmere temperaturen meegenomen door de wind en vervoerd via luchtstromen. Als die lucht in koudere streken terechtkomt, komen die stoffen opnieuw op het aardoppervlak terecht. Ook hier zullen ze bij warmere weersomstandigheden weer opstijgen en migreren met snelheden van soms meer dan honderd kilometer per uur en op plaatsen met een lagere temperatuur precipiteren. Het logische gevolg van dit grashoppereffect is dat de stoffen migreren naar de koudste streken op aarde waar ze accumuleren. Omwille van de extreme koude is dit het eindstation van die stoffen. Pcb’s en pesticiden die oorspronkelijk verspreid worden in West-Europa, Noord-Amerika, China of Afrika zullen dus terechtkomen in de poolgebieden, waar ze accumuleren ter hoogte van de ijsgrens. Hoewel die streek voor de mens zeer onherbergzaam is, zijn er diverse levensvormen ontstaan die zich hebben aangepast aan die harde levensomstandigheden.
Hoe komen die stoffen dan in de moedermelk terecht? Tijdens de lente smelt het ijs langs de Noordpoolkust en komen de geaccumuleerde POP’s in het zeewater terecht. Net op dat moment nemen de ééncelligen toe. Het krill dat zich voedt met die ééncelligen neemt eveneens toe. De grote scholen krill vormen het basisvoedsel van vissen, vogels en zoogdieren, die op hun beurt door predatoren zoals zeehonden, zeevogels, walvissen en ijsberen worden geconsumeerd. POP’s zijn hydrofobe stoffen die liever in vet oplossen dan in water. In de voedselketen zullen pcb’s en andere contaminanten dus bio-accumuleren: per tussenstap in de voedselpiramide neemt de concentratie toe. Bovenaan de voedselpiramide staat de mens in de vorm van de Inuit. Zij overleven aan de Noordpool dankzij de jacht en hebben een uitsluitend dierlijk dieet. Uit metingen van de moedermelk van Inuit bleken de concentraties aan pcb’s de maximale concentraties vooropgesteld door de World Health Organisation te overstijgen. En pcb’s zijn niet de enige contaminanten.
Per tussenstap in de voedselpiramide neemt de pcb-concentratie toe
De Inuitbevolking staat voor een groot dilemma. Kunnen ze hun baby’s blijven voeden met moedermelk – die op relatief eenvoudige wijze voorziet in de nodige voedingsstoffen én immunologische bescherming – als tegelijk ook toxische stoffen worden doorgegeven? Het is schrijnend dat juist de Inuit die verontreiniging ondergaan. Moeten ze afstappen van hun traditionele voeding, die bestaat uit vlees en vet van walvissen en zeerobben? Het alternatief is dat alleen geïmporteerd voedsel kan worden geconsumeerd. Dit is niet alleen duur, maar breekt ook volledig met alle Inuittradities. Net omwille van de organisatie nodig bij de jacht en de verwerking van walvissen zijn de sociologische structuren aan de Noordpool gebaseerd op een grote solidariteit. De traditionele voeding biedt ook voordelen, zoals bescherming tegen hart- en vaatziekten. Er is ook een taalprobleem. Inuit hebben verschillende woorden voor de vormen van neerslag die wij ‘sneeuw’ noemen, maar het ontbreekt hen aan wetenschappelijke termen om het probleem van de verontreiniging te bespreken. De woorden ‘contaminatie’ of ‘toxische stof’ komen gewoon niet voor in hun taal.
Voor dit probleem is solidariteit van alle landen noodzakelijk
Cone beschrijft wat zou moeten gebeuren om de natuur en de bevolking van de Noordpool te beschermen tegen de gevolgen van vervuiling waaraan zijzelf schuld noch profijt hebben. Het voorstel van de Verenigde Naties om POP’s te bannen werd intussen getekend door 59 verschillende landen, waaronder de meeste Europese landen, Canada, Mexico, Japan en vele Afrikaanse en Aziatische landen. Voor dit probleem is solidariteit van alle landen noodzakelijk. Een grote uitdaging nu is om te voorspellen welke van de nieuw ontwikkelde stoffen een effect zullen hebben op de algemene gezondheid, onder andere via contaminatie van de (menselijke) voedselketen van mens, dier en planten. De effecten kunnen zeer uiteenlopend zijn, zoals invloed op fertiliteit en kanker bij de mens en het uitsterven van diersoorten. De hele discussie wordt bemoeilijkt doordat eenvoudig te meten voordelen voor de economie en de volksgezondheid (van pesticiden, plasticverzachting, brandvertraging) moeten worden afgewogen tegen moeilijk te voorspellen effecten op economisch haast niet te beschrijven parameters, zoals eventuele milieueffecten, (geno)toxische effecten op populatieniveau van lagere concentraties of geodistillatie. Al die parameters moeten tegen elkaar worden afgewogen.
Cone slaagt erin het probleem van de globalisering van de milieuverontreiniging te schetsen aan de hand van een aantal reisverhalen waarin ze ontmoetingen en interviews met zowel wetenschappers als Inuit beschrijft. Die zijn verweven met een populariserende chronologische weergave van de wetenschappelijke ontdekkingen. Toch is haar boek geen pamflet tegen de industriële vooruitgang, maar een poging om het probleem van de globalisering van de milieuverontreiniging beter te definiëren en oplossingen voor te stellen. Zo beschrijft zij de studies van de kwikcontaminaties in het lichaam van bewoners van de Faroe-eilanden, waar ook traditioneel veel walvisachtigen worden gegeten. Kwik komt via ‘global distillation’ op de Noordpool terecht, waar het reageert met het daar aanwezige broomoxide. Omdat die reactie alleen optreedt tijdens de zonsopgang aan de Noordpool, werd dit fenomeen toen het in 1998 gerapporteerd werd door de groep van Schoeder in Nature de ‘mercury sunrise’ genoemd. Onder die gemodificeerde vorm wordt kwik gebio-accumuleerd in het vet van walvissen.
Cone vat de studie samen waarin 1700 kinderen worden gevolgd over een langere periode en worden ingedeeld in een groep laag en een groep hoger gecontamineerden. Uit leervaardigheidstesten blijken kleine maar meetbare gevolgen van de kwikbesmettingen. Zo werd een verschil van het gemiddelde IQ met 1.5 punten genoteerd. Het gaat hier dus om zeer kleine effecten die optreden bij extreme situaties. Bij de metingen van eventuele effecten van contaminaties bij Inuitkinderen vormt het gebrek aan negatieve controles een probleem, aangezien er geen feitelijk alternatief is voor het vlees- en vetdieet zoals op de Faroe-eilanden. Vandaar dat effecten op de gezondheid van de Inuit niet wetenschappelijk kunnen worden vastgesteld. Ook elders in de wereld worden contaminaties met kwik en POP’s genoteerd, maar meestal in zeer lage concentraties en de negatieve effecten kunnen niet worden gedocumenteerd. Paniek of overhaaste reacties zouden dus misplaatst zijn. Toch is voorzichtigheid geboden bij het toekomstige gebruik van POP’s.
Recent werd in een artikel in Science door Anway en medewerkers een nieuw mogelijk actiemechanisme voor twee veel gebruikte pesticiden, vinclozolin en methoxychloor, beschreven. In de klassieke testen bleken die stoffen respectievelijk een anti-androgene en een estrogene werking te hebben. Daarom werden ze als hormoonverstoorders geklasseerd. Na behandeling van een zwangere rat met zulke hormoonverstorende stoffen bleek dat de spermatogenese bij de mannelijke jongen fouten vertoonde. Vervolgens werd gekeken naar de mannelijke nakomelingen in de volgende generaties. Hoewel er geen behandeling meer gebeurde met de pesticiden, bleek de spermatogenese van de tweede, derde en zelfs vierde generatie ook negatief beïnvloed. Het kan hier dus niet om klassieke hormoonverstorende effecten gaan. Gelijkaardige transgenerationele effecten werden bijvoorbeeld ook gezien onder de vorm van verhoogde frequentie van kanker bij de nakomelingen van radioactief bestraalde proefdieren. In dit geval zijn die effecten te wijten aan veranderingen in de basenpaarvolgorde in het genomische DNA. Bij nader onderzoek van de vinclozolin- en methoxychlooreffecten leek niet de DNA-sequentie op zich, maar wel de epigenetische informatie gewijzigd. Epigenetische controle komt tot stand doordat er bijkomende informatie aan de DNA-streng wordt toegevoegd. Die informatie is dus niet in de basenvolgorde zelf gecodeerd, maar in kleine chemische veranderingen van specifieke basen of van DNA-bindende eiwitten.
Het genomische materiaal waarin de code voor de aanmaak van al onze eiwitten opgeslagen ligt, bestaat uit ongeveer twee meter DNA. De aminozuurvolgorde van onze eiwitten zit gecodeerd in dit DNA, evenals de informatie hoe en wanneer die eiwitten moeten worden aangemaakt. Dit DNA kan coderen dankzij de vier basen adenine, cytosine, guanine en thymidine. Veranderingen in de basensequentie kunnen resulteren in veranderingen in de eiwitten. De effecten hiervan kunnen uiteenlopend zijn, met als bekendste voorbeeld een ontregelde celcyclus. Recent nog heeft men ontdekt dat naast de code die uit de basenvolgorde bestaat, er nog bijkomende labels op het DNA of op de eiwitten die met het DNA associëren, worden aangebracht. Dit zijn bijvoorbeeld methylgroepen die op de basen kunnen worden afgezet. Tijdens de celdeling wordt een exacte kopie gemaakt van het genomische DNA en bovendien worden de epigenetische labels mee gekopieerd zodat in de dochtercellen zowel de basenparing, als de epigenetische labeling identiek is aan die in de oorspronkelijke cel. Als sommige stoffen gaan interfereren met de epigenetische labeling, zal de informatie in de basenvolgorde wel correct worden doorgegeven, maar zullen de signalen wanneer die informatie tot expressie moet komen, worden verstoord. Zulke verstoringen van epigenetische labels werden ook al beschreven in kankercellen.
Als we een grote stap zetten en de resultaten van die studie vertalen naar de situatie van de mens, dan betekent dit dat een contaminatie tijdens de zwangerschap een effect kan hebben niet alleen op de groeiende foetus, maar ook op volgende generaties. Verder onderzoek is noodzakelijk om de resultaten, beschreven in dit ene artikel, te bevestigen. Het lijkt alleszins om een universeel mechanisme te gaan dat ook bij de mens zou kunnen spelen. Als er bevestiging komt, dan zullen nieuwe testen moeten worden geïntroduceerd alvorens een POP kan worden vrijgegeven voor grootschalig gebruik. Er is duidelijk nog geen reden tot paniek, wel tot bezorgdheid.
Marla Cone, Silent Snow, the Slow Poisoning of the Artic (Grove press, 2005).
M.D. Anway, A.S. Cupp, M.Uzumcu and M.K. Skinner, in: Science, 2005, 308, 1466-1469.
Frank Claessens is als biomedisch wetenschapper verbonden aan de KU Leuven.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License