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Gli insetticidi possono influenzare il comportamento dei pesci

24 agosto 2023 | Annette Ryser

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La sicurezza degli insetticidi viene valutata principalmente in base alla loro letalità per gli altri animali. Tuttavia, le nuove scoperte dell'Eawag confermano che anche concentrazioni inferiori possono essere problematiche, in quanto influenzano il sistema nervoso dei pesci e il loro comportamento. Ciò può influire indirettamente sulla sopravvivenza delle popolazioni e potrebbe essere una delle cause del declino ittico che stiamo osservando in Svizzera. I ricercatori scoprono i meccanismi d'azione e suggeriscono come tenere conto di questi effetti nell'approvazione e nella valutazione degli insetticidi.

Gli insetticidi hanno una cattiva reputazione. La maggior parte di essi è progettata per attaccare i sistemi nervosi dei parassiti nei frutteti e nei campi - come l'afide - ma spesso non si fermano ai sistemi nervosi di altri organismi. Tra questi vi sono le api, gli insetti acquatici e i vertebrati come i pesci - o gli esseri umani. In alcuni casi, ciò avviene già in concentrazioni molto basse. "Molti aspetti fondamentali del sistema nervoso sono cambiati poco nel corso dell'evoluzione", spiega l'ecotossicologa Sarah Könemann, che ha studiato gli effetti degli insetticidi nella sua tesi di dottorato presso l'Eawag Water Research Institute e l'EPFL. Alcuni insetticidi, ad esempio, attaccano alcune molecole del sistema nervoso degli insetti - ma anche noi abbiamo quasi esattamente le stesse molecole nel nostro sistema nervoso. Pertanto, gli insetticidi possono avere effetti anche sull'uomo.

Le concentrazioni in cui gli insetticidi si trovano nell'ambiente non sono di solito abbastanza elevate da avere un effetto tossico acuto, cioè letale, sui vertebrati. "Tuttavia, esiste un intervallo molto ampio tra un effetto letale e nessun effetto", spiega Könemann. "È qui che ho voluto dare un'occhiata più da vicino".

I pesci sentono l'odore di alcuni insetticidi

La ricercatrice ha quindi studiato come sei insetticidi comuni influenzino i modelli di movimento e l'attività neuronale nel cervello delle larve di pesce zebra. La ricercatrice ha scoperto che i pesci percepivano i due insetticidi imidacloprid e diazinon come stress quando erano esposti a una loro elevata concentrazione per un breve periodo di tempo. E: Könemann ha potuto dimostrare che le larve di pesce sentivano l'odore di questi insetticidi e quindi evitavano le sostanze. "A prima vista, questo sembra un comportamento sensato", dice il ricercatore. "Fuggono dall'insetticida e quindi prevengono i danni cronici".

Tuttavia, un simile cambiamento di comportamento può avere anche conseguenze negative, ad esempio se i pesci evitano determinati habitat. Questo può far sì che non trovino più un numero sufficiente di partner sessuali o che abbandonino le aree con un'offerta alimentare particolarmente ricca. "Questi effetti potrebbero quindi essere un altro fattore che ha un impatto negativo sulle popolazioni ittiche già colpite da altri fattori di stress".

Cambiamento comportamentale con la semplice pressione di un tasto

Nella sua tesi di dottorato, Sarah Könemann ha esaminato anche il sistema nervoso in via di sviluppo degli embrioni di pesce zebra. "Ci aspettavamo che alcuni insetticidi avrebbero avuto un'influenza particolarmente forte in questa delicata fase di sviluppo, quando il sistema nervoso si sta formando", spiega la ricercatrice. E in effetti, la ricercatrice è riuscita a dimostrare un effetto sul comportamento dei pesci per tre quarti delle sostanze studiate: Le larve si muovevano meno di quelle di controllo.

Könemann ha anche identificato cambiamenti strutturali nelle fibre muscolari e nel sistema nervoso periferico che potrebbero spiegare i modelli di movimento alterati. Ciò che l'ha sorpresa, tuttavia, è che la maggior parte di questi effetti (a eccezione di quelli causati dal pirimicarb) erano reversibili quando le larve non erano più esposte all'insetticida. Ciò significa: "Siamo stati in grado di invertire la maggior parte degli effetti comportamentali e anche i cambiamenti strutturali entro 72 ore".

L'insetticida metomil ha provocato cambiamenti strutturali nelle cellule nervose del sistema nervoso periferico delle larve di pesce zebra: rispetto al controllo (a sinistra), a destra si è verificata una maggiore ramificazione dei filamenti nervosi. Questo effetto è scomparso quando le larve non sono state più esposte all'insetticida.
(Foto: Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 12, 8449-8462)

Importanza per l'autorizzazione degli insetticidi

Le indagini di Könemann hanno anche dimostrato che gli insetticidi più recenti, sviluppati specificamente per agire solo su un determinato organo che hanno solo gli insetti, non hanno influenze di vasta portata sul comportamento dei pesci studiati. Questo vale, ad esempio, per la pimetrozina e il flonicamid. "Questo ci dimostra che è possibile ridurre il carico sui vertebrati nell'ambiente se si sviluppano le sostanze in modo che abbiano un effetto più specifico sugli organismi bersaglio", afferma Könemann.

L'esperta sostiene che, nella valutazione e nell'approvazione degli insetticidi, non si dovrebbe considerare solo se questi portino alla morte degli animali da laboratorio, ma anche se il loro uso, anche a concentrazioni molto più basse, provochi cambiamenti comportamentali. "Attualmente si sta facendo molto nel campo della ricerca ecotossicologica, soprattutto per quanto riguarda lo sviluppo di test in grado di determinare l'effetto degli insetticidi o di altre sostanze chimiche sul sistema nervoso in via di sviluppo dei vertebrati", afferma Könemann.

Tuttavia: "La semplice indagine sul fatto che una sostanza influisca sul comportamento degli animali non è sufficiente, a mio avviso, per poter classificare l'importanza di tale effetto. Raccomando di esaminare attentamente anche i meccanismi che portano ai cambiamenti comportamentali e il potenziale di recupero degli organismi".

Ricerca premiata

Per ottenere nuove conoscenze, vale la pena di pensare fuori dagli schemi. Nella sua tesi di dottorato, Sarah Könemann ha portato i metodi consolidati delle neuroscienze in un contesto ecotossicologico e, per questo lavoro dettagliato e interdisciplinare, ha ricevuto nel 2022 il Rifcon Early Career Scientist Award della Society for Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC), attiva a livello mondiale.

Sarah Könemann (a sinistra) e l'ex direttrice dell'Eawag Janet Hering all'incontro SETAC Europe 2022 a Copenaghen.
(Foto: Eawag, Barbara Jozef)

Perché si trovano insetticidi problematici nei corpi idrici?

Gli insetticidi sono approvati in Svizzera principalmente come prodotti fitosanitari e biocidi. Sono utilizzati principalmente in agricoltura, ma anche nelle aree urbane, nell'industria alimentare e dei mangimi e nella silvicoltura. La maggior parte degli insetticidi entra nei corpi idrici attraverso l'aria e il deflusso delle acque quando piove. Sebbene i requisiti per l'approvazione degli insetticidi siano aumentati negli ultimi anni e numerose sostanze siano state vietate, è ancora possibile trovarle nell'ambiente. Questo è sorprendente perché gli insetticidi più comuni si degradano relativamente in fretta in natura. "Il fatto che in Svizzera possiamo rilevarli nell'ambiente - anche se in quantità estremamente ridotte, da pochi pico- a nanogrammi per litro, ma comunque - significa che vengono costantemente reintrodotti nonostante i divieti", afferma l'ecotossicologa Sarah Könemann. Ciò è reso possibile da autorizzazioni di emergenza o dall'uso come biocidi nelle stalle, che, a differenza dell'uso delle stesse sostanze in campo, non è vietato.

Foto di copertina: Gli insetticidi sono progettati per attaccare il sistema nervoso dei parassiti della frutta e dell'agricoltura, come il coleottero della patata del Colorado. Ma spesso non si fermano al sistema nervoso di altri organismi. (Foto: Shutterstock, Sidorov Ruslan)

Pubblicazioni originali

Könemann, S.; Meyer, S.; Betz, A.; Županič, A.; vom Berg, C. (2021) Sub-lethal peak exposure to insecticides triggers olfaction-mediated avoidance in zebrafish larvae, Environmental Science and Technology, 55(17), 11835-11847, doi:10.1021/acs.est.1c01792, Institutional Repository
Könemann, S.; von Wyl, M.; vom Berg, C. (2022) Zebrafish larvae rapidly recover from locomotor effects and neuromuscular alterations induced by cholinergic insecticides, Environmental Science and Technology, 56(12), 8449-8462, doi:10.1021/acs.est.2c00161, Institutional Repository
von Wyl, M.; Könemann, S.; vom Berg, C. (2023) Different developmental insecticide exposure windows trigger distinct locomotor phenotypes in the early life stages of zebrafish, Chemosphere, 317, 137874 (10 pp.), doi:10.1016/j.chemosphere.2023.137874, Institutional Repository

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