Het Baikal meer, met zijn uitzonderlijke soortenrijkdom en unieke fauna, is een UNESCO-natuurwerelderfgoed. Als onderdeel van de Helmholtz Russia Research Group LaBeglo, UFZ-onderzoekers bestuderen de impact van klimaatverandering en milieutoxines op de fauna van het meer. In een recente studie, samen met onderzoekers van het Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) en de University of Irkutsk, ze gingen in op de vraag hoe Baikal-amfipoden die belangrijke ecologische functies in het meer vervullen, reageren op verontreinigende stoffen in het water.

Het Baikalmeer is tussen 25 en 30 miljoen jaar geleden gevormd en bevat ongeveer 20 procent van al het niet-bevroren zoete water op aarde. Op ongeveer 23, 000 kubieke kilometer, het watervolume is zelfs groter dan dat van de Oostzee. Het Baikalmeer is niet alleen het oudste en grootste meer op aarde, maar met een diepte van meer dan 1, 500 meter ook de diepste. Het kan ook een van de koudste zijn:de gemiddelde watertemperatuur aan de kust is slechts ongeveer 6 °C. "Het water is kristalhelder, het zout- en voedingsgehalte is laag en het is extreem zuurstofrijk, zelfs op de bodem van het meer, " zegt Dr. Till Luckenbach, een ecotoxicoloog bij het Helmholtz Centrum voor Milieuonderzoek (UFZ). In de loop van de evolutionaire geschiedenis, deze bijzondere omstandigheden in het Baikalmeer hebben geresulteerd in een unieke fauna. Ongeveer 80 procent van de 2 Ongeveer 600 soorten die in het Baikalmeer leven, zijn endemisch, met andere woorden, ze komen nergens anders op aarde voor, waaruit blijkt dat ze zich zeer goed hebben aangepast aan de extreme omstandigheden.

Echter, of de fauna van het Baikalmeer de komende jaren zo divers en uniek zal blijven, is onzeker. Het meer ligt in een regio waar de opwarming van de aarde bijzonder merkbaar is. In de afgelopen 50 jaar is de gemiddelde oppervlaktetemperatuur van het Baikalmeer is met bijna 1,5 °C gestegen. "En het stijgt nog steeds, ", zegt Luckenbach. "Ook de periode in de winter dat het meer met ijs bedekt is, is veel korter geworden. Naast dit, er is een aantoonbare chemische vervuiling. Aangezien de omgevingsomstandigheden in het Baikalmeer al heel lang stabiel zijn, deze veranderingen zijn dramatisch." In de Helmholtz Russia Research Group LaBeglo, projectleider Luckenbach en zijn team van UFZ werken de afgelopen zes jaar samen met onderzoekers van de Universiteit van Irkoetsk, de AWI in Bremerhaven en de Universiteit van Leipzig om te ontdekken welke gevolgen de veranderde omgevingsomstandigheden - zoals stijgende watertemperaturen en chemische vervuiling - hebben voor de unieke fauna van het Baikalmeer. Twee inheemse vlokreeften van het geslacht Eulimnogammarus worden gebruikt als modelorganismen. Amphipoden vervullen een belangrijke ecologische functie in water:ze breken organisch materiaal af, waardoor het water schoon blijft, en dienen als voedsel voor vissen. Deze sleutelrol in het voedselnetwerk maakt ze tot belangrijke modelorganismen voor ecotoxicologen.

Studies naar de temperatuurgevoeligheid van Baikal amfipoden uitgevoerd aan de Universiteit van Irkoetsk tonen aan dat één soort ( E. cyaneus ) kan watertemperaturen tot ongeveer 20 °C verdragen, die in de zomer dicht bij de oevers van het meer kunnen voorkomen. Het onderzoeksteam ontdekte dat E. cyaneus een constant niveau van zogenaamde heat shock-eiwitten produceert, die belangrijke eiwitmoleculen in het organisme beschermen die anders bij hoge temperaturen zouden worden beschadigd. De andere soorten, E. verrucosus , produceert veel minder heat shock-eiwitten en migreert in plaats daarvan naar diepere, koelere streken van het meer om te ontsnappen aan hoge watertemperaturen. "Als de watertemperatuur stijgt als gevolg van klimaatverandering, dit kan verstrekkende gevolgen hebben, niet alleen voor de individuele soort, maar ook voor het evenwicht van het ecosysteem, die zich in de loop van de tijd heeft ontwikkeld, " zegt Luckenbach. "In het geval van E. cyaneus , het temperatuurmaximum dat de soort langdurig kan verdragen, kan soms al in de zomer worden bereikt - een verdere temperatuurstijging zou uiterst kritisch zijn. En als E. verrucosus meer naar dieper water moet migreren dan nu het geval is, de soort zal meer moeten concurreren met de daar levende amfipoden om voedselbronnen."

In hun studie hebben onlangs gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie , een team van onderzoekers van het UFZ, de AWI en de Universiteit van Irkoetsk onderzochten hoe deze twee soorten vlokreeften reageren op chemische vervuiling in het water. De dieren werden blootgesteld aan het zware metaal cadmium, die als modeltoxine diende. Hoewel het water in het Baikalmeer nog grotendeels onvervuild is, cadmium is een relatief vaak voorkomende milieuverontreinigende stof waarvan de toxiciteit het uiterst problematisch maakt voor ecosystemen. Het lijkt waarschijnlijk dat het Baikalmeer een toenemende vervuiling door zware metalen zou kunnen zien. De grootste zijrivier van het meer, de Selenga-rivier, steeds meer vervuild is met mijnbouwafvalwater uit Mongolië, en via de lucht, verontreinigende stoffen bereiken het meer vanuit het industriële gebied rond Irkoetsk.

De reacties van de amfipoden werden waargenomen in het laboratorium. "De kleinere soorten E. cyaneus absorbeerde de verontreiniging sneller en stierf dus bij lagere verontreinigingsconcentraties in het water, " legt dr. Lena Jakob uit, een ecofysioloog bij de AWI, die de experimenten bij het Baikalmeer uitvoerde. "Dat hebben we ook geconstateerd" E. verrucosus vertraagde het metabolisme zelfs bij lage cadmiumconcentraties. Dit is een waarschuwingsbord, omdat de dieren dan misschien niet eten, planten zich niet voort en hebben meer kans om ten prooi te vallen aan roofdieren als gevolg van verminderde activiteit. Zelfs een laag maar constant niveau van chemische vervuiling in het Baikalmeer kan enorme gevolgen hebben voor individuele soorten en het ecosysteem als geheel."

In een andere studie, de UFZ-onderzoekers samen met bio-informatica-experts van de Universiteit van Leipzig kregen de eerste inzichten in het genoom van E. verrucosus . Het is verrassend groot - ongeveer drie keer zo groot als het menselijk genoom. De genoomgegevens zullen worden gebruikt als basis voor verder onderzoek van fysiologische aanpassingsstrategieën in verschillende omgevingscondities. Luckenbach:"We willen hier wat meer licht op werpen, het fysiologische niveau nog beter begrijpen en nagaan of er andere mechanismen zijn die de organismen in staat stellen de effecten van klimaatverandering en blootstelling aan vervuilende stoffen te weerstaan, omdat we uiteindelijk willen kunnen voorspellen hoe het ecosysteem kan veranderen."