Lago Baikal, con la sua eccezionale diversità di specie e la sua fauna unica, è un patrimonio naturale mondiale dell'UNESCO. Come parte del gruppo di ricerca Helmholtz Russia LaBeglo, I ricercatori dell'UFZ stanno studiando l'impatto dei cambiamenti climatici e delle tossine ambientali sulla fauna del lago. In un recente studio, insieme ai ricercatori del Centro Helmholtz per la ricerca polare e marina (AWI) e dell'Università di Irkutsk, hanno affrontato la questione di come gli anfipodi Baikal che svolgono importanti funzioni ecologiche nel lago reagiscono agli inquinanti nell'acqua.

Il lago Baikal si è formato tra 25 e 30 milioni di anni fa e contiene circa il 20% di tutta l'acqua dolce non congelata sulla Terra. Verso le 23, 000 chilometri cubi, il suo volume d'acqua è persino maggiore di quello del Mar Baltico. Il lago Baikal non è solo il lago più antico e più grande della Terra, ma con una profondità superiore a 1, 500 metri anche la più profonda. Potrebbe anche essere uno dei più freddi:la temperatura media dell'acqua vicino alla riva è di soli 6 °C circa. "L'acqua è cristallina, il contenuto di sale e sostanze nutritive è basso ed è estremamente ricco di ossigeno, anche sul fondo del lago, "dice il dottor Till Luckenbach, un ecotossicologo presso il Centro Helmholtz per la ricerca ambientale (UFZ). Nel corso della storia evolutiva, queste particolari condizioni nel lago Baikal hanno dato vita a una fauna unica. Circa l'80 per cento dei 2, Circa 600 specie che vivono nel lago Baikal sono endemiche, in altre parole non si trovano da nessun'altra parte sulla Terra, indicando che si sono adattati molto bene alle condizioni estreme.

Però, se la fauna del lago Baikal rimarrà così varia e unica negli anni a venire è incerto. Il lago è situato in una regione in cui il riscaldamento globale è particolarmente evidente. Negli ultimi 50 anni, la temperatura superficiale media del lago Baikal è aumentata di quasi 1,5 °C. "E sta ancora salendo, " dice Luckenbach. "Anche il periodo in inverno in cui il lago è coperto di ghiaccio è diventato molto più breve. In aggiunta a questo, c'è inquinamento chimico rilevabile. Poiché le condizioni ambientali nel lago Baikal sono rimaste stabili per molto tempo, questi cambiamenti sono drammatici." Nel Helmholtz Russia Research Group LaBeglo, il leader del progetto Luckenbach e il suo team dell'UFZ hanno lavorato negli ultimi sei anni con ricercatori dell'Università di Irkutsk, l'AWI di Bremerhaven e l'Università di Lipsia per scoprire quali conseguenze le mutate condizioni ambientali, come l'aumento della temperatura dell'acqua e l'inquinamento chimico, hanno per la fauna unica del lago Baikal. Due anfipodi nativi del genere Eulimnogammarus vengono utilizzati come organismi modello. Gli anfipodi svolgono un'importante funzione ecologica in acqua:degradano il materiale organico, mantenendo così l'acqua pulita, e servire come cibo per i pesci. Questo ruolo chiave nella rete alimentare li rende importanti organismi modello per gli ecotossicologi.

Gli studi sulla sensibilità alla temperatura degli anfipodi Baikal effettuati presso l'Università di Irkutsk mostrano che una specie ( E. cyaneus ) può tollerare temperature dell'acqua fino a circa 20 °C, che può verificarsi in estate in prossimità delle sponde del lago. Il team di ricerca ha scoperto che E. cyaneus produce un livello costante delle cosiddette proteine ​​da shock termico, che proteggono importanti molecole proteiche nell'organismo che altrimenti verrebbero danneggiate alle alte temperature. Le altre specie, E. verrucosus , produce molte meno proteine ​​da shock termico e migra invece in profondità, regioni più fresche del lago per sfuggire alle alte temperature dell'acqua. "Se la temperatura dell'acqua aumenta a causa del cambiamento climatico, ciò potrebbe avere conseguenze di vasta portata non solo per le singole specie, ma anche per l'equilibrio dell'ecosistema, che si è sviluppato in un lungo periodo di tempo, " dice Luckenbach. "Nel caso di E. cyaneus , la temperatura massima che la specie può tollerare per lunghi periodi può talvolta essere raggiunta già in estate:un ulteriore aumento della temperatura sarebbe estremamente critico. E se E. verrucosus deve migrare verso acque più profonde più di quanto non avvenga attualmente, la specie dovrà competere di più con gli anfipodi che vivono lì per le fonti di cibo".

Nel loro studio, pubblicato di recente in Scienze e tecnologie ambientali , un team di ricercatori dell'UFZ, l'AWI e l'Università di Irkutsk hanno studiato come queste due specie di anfipodi reagiscono all'inquinamento chimico nell'acqua. Gli animali sono stati esposti al metallo pesante cadmio, che fungeva da tossina modello. Sebbene l'acqua del lago Baikal sia ancora in gran parte incontaminata, il cadmio è un inquinante ambientale relativamente frequente la cui tossicità lo rende estremamente problematico per gli ecosistemi. Sembra probabile che il lago Baikal possa vedere un aumento dell'inquinamento da metalli pesanti. Il più grande affluente del lago, il fiume Selenga, è sempre più inquinato dalle acque reflue minerarie della Mongolia, e via aerea, gli inquinanti raggiungono il lago dalla regione industriale intorno a Irkutsk.

Le reazioni degli anfipodi sono state osservate in laboratorio. "La specie più piccola E. cyaneus assorbito l'inquinante più velocemente e quindi morto a concentrazioni inferiori di inquinanti nell'acqua, " spiega la dottoressa Lena Jakob, un ecofisiologo presso l'AWI, che condusse gli esperimenti al lago Baikal. "Abbiamo anche osservato che E. verrucosus rallentato il suo metabolismo anche a basse concentrazioni di cadmio. Questo è un segnale di avvertimento, perché gli animali potrebbero evitare di nutrirsi quando ciò accade, non si riproducono e hanno maggiori probabilità di cadere preda dei predatori a causa della ridotta attività. Anche un livello basso ma costante di inquinamento chimico nel lago Baikal potrebbe avere impatti enormi sulle singole specie e sull'ecosistema nel suo insieme".

In un altro studio, i ricercatori dell'UFZ insieme agli esperti di bioinformatica dell'Università di Lipsia hanno ottenuto le prime intuizioni sul genoma di E. verrucosus . È sorprendentemente grande, circa tre volte più grande del genoma umano. I dati del genoma saranno utilizzati come base per ulteriori indagini sulle strategie di adattamento fisiologico in diverse condizioni ambientali. Secondo Luckenbach:"Vogliamo fare un po' più di luce su quest'area, comprendere ancora meglio il livello fisiologico e scoprire se esistono altri meccanismi che consentono agli organismi di resistere agli effetti del cambiamento climatico e dell'esposizione agli inquinanti, perché alla fine vogliamo essere in grado di prevedere come potrebbe cambiare l'ecosistema".