Озеро Байкал образовалось между 25 и 30 миллионами лет назад и содержит около 20 процентов всей незамерзшей пресной воды на Земле. Его объем воды составляет примерно 23 000 кубических километров, что даже больше, чем у Балтийского моря. Озеро Байкал является не только старейшим и самым большим озером на Земле, но и самым глубоким с глубиной более 1500 метров. Он также может быть одним из самых холодных: средняя температура воды у берега всего около 6 °C. «Вода кристально чистая, содержание солей и питательных веществ низкое, и она чрезвычайно богата кислородом - даже на самом дне озера», - говорит доктор Тилль Лукенбах, экотоксиколог из Центра экологических исследований им. Гельмгольца (UFZ).
В ходе истории эволюции эти особые условия озера Байкал привели к появлению уникальной фауны. Около 80 процентов из примерно 2600 видов, обитающих в озере Байкал, являются эндемиками, другими словами, они не встречаются больше нигде на Земле, что свидетельствует о том, что они очень хорошо адаптировались к экстремальным условиям.
Однако неизвестно, останется ли фауна Байкала такой разнообразной и уникальной в ближайшие годы. Озеро расположено в регионе, в котором особенно заметно глобальное потепление. За последние 50 лет средняя температура поверхности Байкала увеличилась почти на 1.5°С. «И он все еще растет», - говорит Лукенбах. «Период зимнего периода, когда озеро покрыто льдом, также стал намного короче. Вдобавок к этому наблюдается заметное химическое загрязнение. Поскольку экологические условия на Байкале остаются стабильными в течение очень долгого времени, эти изменения драматические. В Исследовательской группе Гельмгольца в России ЛаБегло руководитель проекта Лукенбах и его команда из UFZ работали в течение последних шести лет с исследователями из Иркутского университета, AWI в Бремерхафене и Лейпцигского университета, чтобы выяснить, к каким последствиям могут привести изменившиеся условия окружающей среды. такие, как повышение температуры воды и химическое загрязнение, - имеют для уникальной фауны Байкала. В качестве модельных организмов используются два местных амфипода из рода Eulimnogammarus. Амфиподы выполняют в воде важную экологическую функцию: расщепляют органику, сохраняя воду чистой, служат кормом для рыб. Эта ключевая роль в пищевой сети делает их важными модельными организмами для экотоксикологов.
Исследования температурной чувствительности байкальских амфипод, проведенные в Иркутском университете, показывают, что один вид (E. cyaneus) может переносить температуру воды около 20 °C, что может наблюдаться летом у берегов Озеро. Исследовательская группа обнаружила, что E. cyaneus производит постоянный уровень так называемых белков теплового шока, которые защищают важные белковые молекулы в организме, которые в противном случае были бы повреждены при высоких температурах. Другой вид, E. verrucosus, производит гораздо меньше белков теплового шока и вместо этого мигрирует в более глубокие и прохладные районы озера, спасаясь от высоких температур воды. «Если температура воды повысится в результате изменения климата, это может иметь далеко идущие последствия не только для отдельных видов, но и для баланса экосистемы, которая сложилась в течение длительного периода времени», - говорит Лукенбах. «В случае с E. cyaneus максимальный температурный максимум, который этот вид может выдерживать в течение длительного времени, иногда может быть достигнут уже летом - дальнейшее повышение температуры было бы крайне критическим. И если E. verrucosus придется мигрировать в более глубокие воды, чем в настоящее время, этому виду придется больше конкурировать с живущими там амфиподами за источники пищи».
В своем исследовании, недавно опубликованном в журнале Environmental Science and Technology, группа исследователей из UFZ, AWI и Иркутского университета исследовала, как эти два вида амфипод реагируют на химическое загрязнение воды. Животные подвергались воздействию тяжелого металла кадмия, который служил модельным токсином. Хотя вода в озере Байкал по-прежнему практически не загрязнена, кадмий является относительно частым загрязнителем окружающей среды, токсичность которого делает его чрезвычайно проблематичным для экосистем. Вполне вероятно, что в озере Байкал может увеличиться загрязнение тяжелыми металлами. Крупнейший приток озера, река Селенга, все больше загрязняется горнодобывающими сточными водами из Монголии, а по воздуху загрязняющие вещества попадают в озеро из промышленного района вокруг Иркутска.
Реакции амфипод наблюдали в лаборатории.«Меньшие виды E. cyaneus поглощали загрязняющие вещества быстрее и, таким образом, умирали при более низких концентрациях загрязняющих веществ в воде», - объясняет д-р Лена Якоб, экофизиолог из AWI, которая проводила эксперименты на озере Байкал. «Мы также заметили, что E. verrucosus замедляет свой метаболизм даже при низких концентрациях кадмия. Это предупреждающий знак, потому что животные могут избегать кормления, когда это происходит, не размножаются и с большей вероятностью становятся жертвами хищников из-за снижения концентрации кадмия. Даже низкий, но постоянный уровень химического загрязнения озера Байкал может иметь огромные последствия для отдельных видов и экосистемы в целом».
В другом исследовании исследователи UFZ вместе с экспертами по биоинформатике из Лейпцигского университета впервые получили представление о геноме E. verrucosus. Он удивительно большой - примерно в три раза больше человеческого генома. Данные генома будут использованы в качестве основы для дальнейшего изучения стратегий физиологической адаптации в различных условиях окружающей среды. По словам Лукенбаха: «Мы хотим пролить немного больше света на эту область, еще лучше понять физиологический уровень и выяснить, существуют ли другие механизмы, которые позволяют организмам противостоять последствиям изменения климата и воздействия загрязняющих веществ, потому что в конечном итоге мы хотите иметь возможность предсказать, как может измениться экосистема».