Forskning ved Baikal-søen - til beskyttelse af et unikt økosystem

Baikal søen, med sin enestående artsdiversitet og unikke dyreliv, er et UNESCO Natural World Heritage Site. Som en del af Helmholtz Russia Research Group LaBeglo, UFZ-forskere studerer virkningen af ​​klimaændringer og miljøgifte på søens fauna. I en nylig undersøgelse, sammen med forskere fra Helmholtz Center for Polar- og Havforskning (AWI) og University of Irkutsk, de behandlede spørgsmålet om, hvordan Baikal-amfipoder, der opfylder vigtige økologiske funktioner i søen, reagerer på forurenende stoffer i vandet.

Baikal-søen blev dannet for mellem 25 og 30 millioner år siden og indeholder omkring 20 procent af alt ufrosset ferskvand på Jorden. Ved cirka 23, 000 kubikkilometer, dens vandvolumen er endnu større end Østersøens. Bajkalsøen er ikke kun den ældste og største sø på jorden, men med en dybde på over 1, 500 meter også den dybeste. Det kan også være en af ​​de koldeste:den gennemsnitlige vandtemperatur nær kysten er kun omkring 6 °C. "Vandet er krystalklart, salt- og næringsindholdet er lavt, og det er ekstremt iltrigt-selv i bunden af ​​søen, " siger Dr Till Luckenbach, en økotoksikolog ved Helmholtz Center for Miljøforskning (UFZ). I løbet af den evolutionære historie, disse særlige forhold i Bajkalsøen har resulteret i en unik fauna. Omkring 80 procent af de 2, 600 eller deromkring arter, der lever i Baikal-søen, er endemiske - med andre ord findes de ikke andre steder på Jorden, hvilket indikerer, at de har tilpasset sig meget godt til de ekstreme forhold.

Imidlertid, om Bajkalsøens fauna vil forblive så forskelligartet og unik i de kommende år er usikkert. Søen ligger i et område, hvor den globale opvarmning er særlig mærkbar. I løbet af de sidste 50 år har den gennemsnitlige overfladetemperatur på Bajkalsøen er steget med næsten 1,5 °C. "Og det stiger stadig, ", siger Luckenbach. "Den periode om vinteren, hvor søen er dækket af is, er også blevet meget kortere. Ud over dette, der er påviselig kemisk forurening. Da miljøforholdene i Bajkalsøen har været stabile i meget lang tid, disse ændringer er dramatiske." I Helmholtz Russia Research Group LaBeglo, projektleder Luckenbach og hans team fra UFZ har arbejdet i de sidste seks år med forskere fra University of Irkutsk, AWI i Bremerhaven og universitetet i Leipzig for at finde ud af, hvilke konsekvenser de ændrede miljøforhold – såsom stigende vandtemperaturer og kemisk forurening – har for Bajkalsøens unikke fauna. To indfødte amfipoder af slægten Eulimnogammarus bliver brugt som modelorganismer. Amphipoder udfører en vigtig økologisk funktion i vand:de nedbryder organisk materiale, dermed holde vandet rent, og tjene som mad til fisk. Denne nøglerolle i fødevarenetværket gør dem til vigtige modelorganismer for økotoksikologer.

Undersøgelser af temperaturfølsomheden af ​​Baikal-amfipoder udført ved universitetet i Irkutsk viser, at en art ( E. cyaneus ) kan tåle vandtemperaturer op til omkring 20 °C, som kan forekomme om sommeren tæt ved søens bred. Forskergruppen fandt ud af, at E. cyaneus producerer et konstant niveau af såkaldte varmechokproteiner, som beskytter vigtige proteinmolekyler i organismen, som ellers ville blive beskadiget ved høje temperaturer. De andre arter, E. verrucosus , producerer langt færre varmechokproteiner og migrerer i stedet til dybere, køligere områder af søen for at undslippe høje vandtemperaturer. "Hvis vandtemperaturen stiger som følge af klimaændringer, dette kan have vidtrækkende konsekvenser ikke kun for den enkelte art, men også for balancen i økosystemet, som har udviklet sig over lang tid, " siger Luckenbach. "I tilfælde af E. cyaneus , det temperaturmaksimum, som arten kan tåle i lange perioder, kan nogle gange allerede nås om sommeren - en yderligere temperaturstigning ville være yderst kritisk. Og hvis E. verrucosus er nødt til at migrere til dybere vand mere end det er tilfældet i øjeblikket, arten bliver nødt til at konkurrere mere med amfipoderne, der lever der, om fødekilder."

I deres undersøgelse, udgivet for nylig i Miljøvidenskab og -teknologi , et team af forskere fra UFZ, AWI og University of Irkutsk undersøgte, hvordan disse to amfipoder reagerer på kemisk forurening i vandet. Dyrene blev udsat for tungmetallet cadmium, som fungerede som et modeltoksin. Selvom vandet i Bajkalsøen stadig stort set er uforurenet, cadmium er et relativt hyppigt miljøforurenende stof, hvis toksicitet gør det ekstremt problematisk for økosystemer. Det forekommer sandsynligt, at Baikal -søen kan se stigende tungmetalforurening. Søens største biflod, Selenga-floden, er i stigende grad forurenet med minespildevand fra Mongoliet, og via luften, forurenende stoffer når søen fra industriregionen omkring Irkutsk.

Amfipodernes reaktioner blev observeret i laboratoriet. "De mindre arter E. cyaneus optog forureningen hurtigere og døde dermed ved lavere forureningskoncentrationer i vandet, " forklarer Dr. Lena Jakob, en økofysiolog ved AWI, som udførte forsøgene ved Bajkalsøen. "Det har vi også observeret E. verrucosus bremset dets stofskifte selv ved lave koncentrationer af cadmium. Dette er et advarselstegn, fordi dyrene måske undgår fodring, når dette sker, formerer sig ikke og er mere tilbøjelige til at blive offer for rovdyr på grund af nedsat aktivitet. Selv et lavt, men konstant niveau af kemisk forurening i Baikal-søen kan have massiv indvirkning på individuelle arter og økosystemet som helhed."

I en anden undersøgelse, UFZ-forskerne sammen med bioinformatikeksperter fra universitetet i Leipzig opnåede den første indsigt i genomet af E. verrucosus . Det er overraskende stort - omkring tre gange størrelsen af ​​det menneskelige genom. Genomdataene vil blive brugt som grundlag for yderligere undersøgelse af fysiologiske tilpasningsstrategier under forskellige miljøforhold. Ifølge Luckenbach:"Vi vil kaste lidt mere lys over dette område, forstå det fysiologiske niveau endnu bedre og finde ud af, om der er andre mekanismer, der gør organismerne i stand til at modstå virkningerne af klimaændringer og eksponering for forurenende stoffer, fordi vi i sidste ende ønsker at være i stand til at forudsige, hvordan økosystemet kan ændre sig."