Pressemitteilung vom 26. Juli 2017

Forschung am Baikalsee - für den Schutz eines einzigartigen Ökosystems

Forscher untersuchen, wie sich Klimawandel und Umweltgifte auf den größten und ältesten Süßwassersee der Erde auswirken

Aufgrund seines Artenreichtums und seiner einzigartigen Tierwelt gehört der Baikalsee zum UNESCO Weltnaturerbe. UFZ-Wissenschaftler erforschen im Rahmen der Helmholtz-Russland Forschungsgruppe LaBeglo, welchen Einfluss Klimawandel und Umweltgifte auf die Fauna des Baikalsees haben können. In ihrer aktuellen Studie gingen sie gemeinsam mit Forschern des Helmholtz-Zentrums für Polar- und Meeresforschung (AWI) und der Universität Irkutsk der Frage nach, wie Baikal-Flohkrebse, die in dem See wichtige ökologische Funktionen erfüllen, auf Schadstoffe im Wasser reagieren.

Flohkrebse der Art Eulimnogammarus verrucosus reagieren negativ auf höhere Temperaturen und Schadstoffe wie Cadmium. Foto: ISU / Vasiliy Pavlichenko
Flohkrebse der Art Eulimnogammarus verrucosus reagieren negativ auf höhere Temperaturen und Schadstoffe wie Cadmium.
Foto: ISU / Vasiliy Pavlichenko
Der Baikal ist nicht nur der älteste und größte, sondern mit über 1.500 Metern auch der tiefste See der Erde. Foto: UFZ / Till Luckenbach
Der Baikal ist nicht nur der älteste und größte, sondern mit über 1.500 Metern auch der tiefste See der Erde.
Foto: UFZ / Till Luckenbach

Der Baikalsee ist vor 25 bis 30 Millionen Jahren entstanden. Er speichert etwa 20 Prozent des gesamten ungefrorenen Süßwassers der Erde. Mit rund 23.000 Kubikkilometern ist sein Wasservolumen sogar größer als das der Ostsee. Der Baikal ist nicht nur der älteste und größte, sondern mit über 1.500 Metern Tiefe auch der tiefste See der Erde - und womöglich auch einer der kältesten: Denn seine durchschnittliche Wassertemperatur liegt im Uferbereich bei nur etwa sechs Grad. "Das Wasser ist kristallklar, hat nur einen geringen Salz- und Nährstoffgehalt und ist extrem sauerstoffreich - sogar bis auf den Grund des Sees", sagt Dr. Till Luckenbach, Ökotoxikologe am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ). Diese besonderen Bedingungen des Baikalsees haben im Laufe der Evolution eine ganz besondere Fauna hervorgebracht. So sind etwa 80 Prozent der rund 2.600 im Baikalsee lebenden Tierarten endemisch, das heißt: Sie kommen ausschließlich im Baikalsee vor und haben sich somit sehr gut an die extremen Bedingungen angepasst.

Ob die Fauna des Baikalsees auch in Zukunft so artenreich und besonders bleiben wird, ist nicht sicher. Denn der See liegt in einer Region, in der die globale Erwärmung besonders stark voranschreitet. In den vergangenen 50 Jahren ist die durchschnittliche Temperatur der Wasseroberfläche des Baikals um fast 1,5 Grad Celsius gestiegen. "Und sie steigt weiter", warnt Luckenbach. "Auch die Zeit, in der der See im Winter mit Eis bedeckt ist, ist deutlich kürzer geworden. Eine Belastung mit Chemikalien ist ebenfalls nachweisbar. Vor dem Hintergrund, dass die Umweltbedingungen im Baikalsee über sehr lange Zeiträume stabil waren, sind diese Veränderungen bedenklich."

Im Rahmen der Helmholtz-Russland Forschungsgruppe LaBeglo erforschen Projektleiter Luckenbach und sein Team vom UFZ gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Irkutsk, des AWI in Bremerhaven und der Universität Leipzig bereits seit sechs Jahren, welche Folgen sich ändernde Umweltbedingungen wie steigende Wassertemperaturen und Chemikalienbelastung für die einzigartige Lebenswelt des Baikalsees haben. Zwei im Uferbereich heimische Flohkrebsarten der Gattung Eulimnogammarus dienen dabei als Modellorganismen. Flohkrebse haben in Gewässern eine wichtige ökologische Funktion: Sie vertilgen organisches Material, sorgen so für die Reinhaltung des Wassers und dienen Fischen als Nahrung. Aufgrund dieser zentralen Rolle im Nahrungsnetz sind sie für die Ökotoxikologen wichtige Modellorganismen.

Untersuchungen zur Temperaturempfindlichkeit von Baikal-Flohkrebsen, die an der Universität Irkutsk durchgeführt wurden, zeigten, dass die eine Art (E. cyaneus) in der Lage ist, Wassertemperaturen bis zu etwa 20 Grad Celsius auszuhalten, wie sie im Sommer nahe des Ufers durchaus vorkommen können. Die Forscher konnten nachweisen, dass E. cyaneus einen konstant hohen Pegel sogenannter Hitzeschock-Proteine ausbildet, die für den Organismus wichtige Eiweiß-Moleküle schützen, die bei hohen Temperaturen sonst Schaden nehmen würden. Die andere Flohkrebsart E. verrucosus bildet weit weniger Hitzeschock-Proteine aus und wandert in tiefere, kühlere Regionen des Sees ab, um hohen Wassertemperaturen zu entgehen. "Steigen mit dem Klimawandel die Wassertemperaturen, kann dies mit weitreichenden Folgen für die jeweilige Art, aber auch für das Gleichgewicht des über lange Zeit eingespielten Ökosystems verbunden sein", so Luckenbach. "Für E. cyaneus kann im Sommer bereits jetzt das Temperaturmaximum erreicht werden, das die Art über längere Zeit aushalten kann - ein weiterer Temperaturanstieg wäre äußerst kritisch. Und wenn E. verrucosus mehr als bislang in tieferes Wasser abwandern muss, tritt die Art mit den dort lebenden Flohkrebsarten verstärkt in Konkurrenz um Nahrungsquellen."

In ihrer aktuellen im Fachmagazin Environmental Science and Technology veröffentlichten Studie untersuchten die UFZ-Forscher in Kooperation mit dem AWI und der Universität Irkutsk, wie die beiden Flohkrebsarten auf chemische Belastung des Wassers reagieren. Dabei wurden sie dem toxischen Schwermetall Cadmium ausgesetzt, das als Modell-Giftstoff diente. Denn bislang ist das Wasser des Baikals zwar noch weitgehend unbelastet, doch Cadmium ist ein Umweltschadstoff, der vergleichsweise häufig vorkommt und aufgrund seiner Toxizität für Ökosysteme äußerst problematisch ist. Eine zunehmende Belastung des Baikals mit Schwermetallen ist durchaus abzusehen. Der wasserreichste Baikal-Zufluss, die Selenga, ist zunehmend mit Minenabwässern aus der Mongolei belastet, und über die Luft gelangen Schadstoffe aus der Industrie-Region um Irkutsk in den See.

Im Labor zeigten die Flohkrebse folgende Reaktion: "Die kleinere Art E. cyaneus nahm den Schadstoff schneller auf und starb schon bei geringeren Schadstoffkonzentrationen im Wasser", erklärt Dr. Lena Jakob, Ökophysiologin am AWI, die die Untersuchungen am Baikalsee durchführte. "Darüber hinaus konnten wir feststellen, dass E. verrucosus bereits bei niedrigen Cadmium-Konzentrationen seinen Stoffwechsel herunterfährt. Das ist ein Alarmzeichen, denn die Tiere fressen dann womöglich nicht, pflanzen sich nicht fort und könnten durch eingeschränkte Aktivität eher Opfer von Fraßfeinden werden. Eine auch nur geringe, aber konstante chemische Belastung des Lebensraums Baikalsee könnte also massive Auswirkungen auf einzelne Arten und das gesamte Ökosystem haben."

In einer weiteren Studie haben die UFZ-Forscher gemeinsam mit Bioinformatikern der Universität Leipzig erste Einblicke in das Genom von E. verrucosus erhalten. Es ist überraschend groß, etwa dreimal so groß wie das menschliche Genom. Die Daten zum Genom sollen als Grundlage zur weiteren Erforschung der physiologischen Anpassungsstrategien an unterschiedliche Umweltbedingungen dienen. Luckenbach: "Wir möchten noch ein wenig mehr Licht ins Dunkel bringen, die physiologische Ebene noch besser verstehen und herausfinden, ob es noch weitere Mechanismen gibt, mit denen die Tiere in der Lage sind, den Auswirkungen des Klimawandels und dem Eintrag von Schadstoffen standzuhalten, denn letztlich geht es uns darum Vorhersagen treffen zu können, wie sich das Ökosystem zukünftig möglicherweise verändern wird".

Publikationen:
Jakob L, Bedulina DS, Axenov-Gribanov DV, Ginzburg M, Shatilina ZM, Lubyaga YA, Madyarova EV, Gurkov AN, Timofeyev MA, Portner HO, Sartoris FJ, Altenburger R, Luckenbach T. Uptake kinetics and subcellular compartmentalization explain lethal but not sublethal effects of cadmium in two closely related amphipod species. Environ Sci Technol. 2017 May 11 http://dx.doi.org/10.1021/acs.est.6b06613

Jakob, L., D. V. Axenov-Gribanov,A. N. Gurkov,M. Ginzburg,D. S. Bedulina,M. A. Timofeyev,T. Luckenbach,M. Lucassen ,F. J. Sartoris, and H.-O. Pörtner. 2016. Lake Baikal amphipods under climate change: thermal constraints and ecological consequences. Ecosphere 7(3):e01308 http://dx.doi.org/10.1002/ecs2.1308


Weitere Informationen

Dr. Till Luckenbach
UFZ-Department Bioanalytische Ökotoxikologie
Telefon: +49 341 235 1514
till.luckenbach@ufz.de

Dr. Lena Jakob
AWI-Department Integrative Ökophysiologie
Telefon: +49 471 4831 1331
lena.jakob@awi.de

UFZ-Pressestelle

Susanne Hufe
Telefon: +49 341 235-1630
presse@ufz.de


Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg mehr als 1.100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.

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Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit 37.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 4 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).

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