Bajkalsjön, med sin exceptionella artmångfald och unika vilda djur, är en UNESCO:s världsarvslista. Som en del av Helmholtz Russia Research Group LaBeglo, UFZ-forskare studerar effekterna av klimatförändringar och miljögifter på sjöns fauna. I en nyligen genomförd studie, tillsammans med forskare från Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) och University of Irkutsk, de tog upp frågan om hur Baikal-amfipoder som fyller viktiga ekologiska funktioner i sjön reagerar på föroreningar i vattnet.

Bajkalsjön bildades för mellan 25 och 30 miljoner år sedan och innehåller cirka 20 procent av allt ofruset färskvatten på jorden. Vid ungefär 23, 000 kubikkilometer, dess vattenmängd är ännu större än Östersjöns. Bajkalsjön är inte bara den äldsta och största sjön på jorden, men med ett djup på över 1, 500 meter också den djupaste. Det kan också vara en av de kallaste:den genomsnittliga vattentemperaturen nära stranden är bara cirka 6 °C. "Vattnet är kristallklart, salt- och näringsinnehållet är lågt och det är extremt syrerikt – även längst ner i sjön, säger Dr Till Luckenbach, en ekotoxikolog vid Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ). Under loppet av evolutionens historia, dessa speciella förhållanden i Bajkalsjön har resulterat i en unik fauna. Cirka 80 procent av de 2, 600 eller så arter som lever i Bajkalsjön är endemiska - med andra ord finns de inte någon annanstans på jorden, vilket tyder på att de har anpassat sig mycket väl till de extrema förhållandena.

Dock, Huruvida Bajkalsjöns fauna kommer att förbli så mångsidig och unik under de kommande åren är osäkert. Sjön ligger i en region där den globala uppvärmningen är särskilt märkbar. Under de senaste 50 åren har den genomsnittliga yttemperaturen i Bajkalsjön har ökat med nästan 1,5 °C. "Och det stiger fortfarande, "säger Luckenbach." Perioden på vintern när sjön är täckt med is har också blivit mycket kortare. Dessutom, det finns påvisbar kemisk förorening. Eftersom miljöförhållandena i Bajkalsjön har hållit sig stabila under mycket lång tid, dessa förändringar är dramatiska." I Helmholtz Russia Research Group LaBeglo, projektledare Luckenbach och hans team från UFZ har arbetat de senaste sex åren med forskare från universitetet i Irkutsk, AWI i Bremerhaven och universitetet i Leipzig för att upptäcka vilka konsekvenser de förändrade miljöförhållandena - till exempel stigande vattentemperaturer och kemisk förorening - har för Baikal sjöns unika fauna. Två inhemska amfipoder av släktet Eulimnogammarus används som modellorganismer. Amfipoder utför en viktig ekologisk funktion i vatten:de bryter ner organiskt material, på så sätt håller vattnet rent, och tjäna som mat för fisk. Denna nyckelroll i livsmedelsnätverket gör dem till viktiga modellorganismer för ekotoxikologer.

Studier av temperaturkänsligheten hos Baikal-amfipoder utförda vid universitetet i Irkutsk visar att en art ( E. cyaneus ) tål vattentemperaturer upp till cirka 20 °C, som kan förekomma på sommaren nära sjöns stränder. Forskargruppen fann att E. cyaneus producerar en konstant nivå av så kallade värmechockproteiner, som skyddar viktiga proteinmolekyler i organismen som annars skulle skadas vid höga temperaturer. Den andra arten, E. verrucosus , producerar mycket färre värmechockproteiner och migrerar istället till djupare, svalare delar av sjön för att undvika höga vattentemperaturer. "Om vattentemperaturen ökar som ett resultat av klimatförändringar, detta kan få långtgående konsekvenser inte bara för den enskilda arten, men också för ekosystemets balans, som har utvecklats under lång tid, " säger Luckenbach. "I fallet med E. cyaneus , den temperaturmaximum som arten kan tolerera under långa perioder kan ibland nås redan på sommaren — en ytterligare temperaturhöjning skulle vara ytterst kritisk. Och om E. verrucosus måste migrera till djupare vatten mer än vad som är fallet för närvarande, arten kommer att behöva konkurrera mer med amfipoderna som bor där om matkällor. "

I deras studie, publicerades nyligen i Miljövetenskap och teknik , ett team av forskare från UFZ, AWI och University of Irkutsk undersökte hur dessa två arter av amfipoder reagerar på kemisk förorening i vattnet. Djuren exponerades för tungmetallkadmium, som fungerade som ett modelltoxin. Även om vattnet i Bajkalsjön fortfarande är i stort sett oförorenat, Kadmium är en relativt frekvent miljöförorening vars toxicitet gör det extremt problematiskt för ekosystemen. Det verkar troligt att Bajkalsjön kan se ökande tungmetallföroreningar. Sjön största biflod, Selengafloden, är alltmer förorenad med gruvavloppsvatten från Mongoliet, och via luften, föroreningar når sjön från industriregionen runt Irkutsk.

Amfipodernas reaktioner observerades i laboratoriet. "De mindre arterna E. cyaneus absorberade föroreningarna snabbare och dog vid lägre föroreningskoncentrationer i vattnet, " förklarar Dr Lena Jakob, en ekofysiolog vid AWI, som utförde experimenten vid Bajkalsjön. "Vi har också observerat det E. verrucosus saktade ner dess ämnesomsättning även vid låga koncentrationer av kadmium. Detta är ett varningstecken, eftersom djuren kan undvika att mata när detta händer, reproducerar inte och är mer benägna att falla offer för rovdjur på grund av minskad aktivitet. Även en låg men konstant kemisk förorening i Bajkalsjön kan ha massiva effekter på enskilda arter och ekosystemet som helhet. "

I en annan studie, UFZ-forskarna tillsammans med bioinformatikexperter från universitetet i Leipzig fick de första insikterna i genomet av E. verrucosus . Det är förvånansvärt stort - ungefär tre gånger så stort som det mänskliga genomet. Genomdata kommer att användas som grund för vidare undersökning av fysiologiska anpassningsstrategier under olika miljöförhållanden. Enligt Luckenbach:"Vi vill belysa detta område lite mer, förstå den fysiologiska nivån ännu bättre och ta reda på om det finns andra mekanismer som gör att organismerna kan motstå effekterna av klimatförändringar och exponering för föroreningar, eftersom vi i slutändan vill kunna förutsäga hur ekosystemet kan förändras."