Приведет ли изменение климата к вселению чужеродных видов?

Озеро Байкал является уникальным природным объектом, представляющим особую ценность в глобальном масштабе. В озере содержится 20% жидкой питьевой воды планеты. Помимо этого, Байкал является местом обитания высокоспециализированной и разнообразной эндемичной фауны (не менее 2600 видов), что делает это озеро ценным объектом для экологических, эволюционных и биомедицинских исследований. Эти и другие особенности Байкала послужили поводом для его включения в список объектов мирового наследия UNESCO. Несмотря на очевидную ценность Байкала для настоящего и будущего всего человечества, до сих пор уделялось недостаточно внимания проблемам сохранения, мониторинга и прогнозирования состояния этой уникальной экосистемы.

Глобальные изменения и Байкал: сохранится ли барьер несмешиваемости фаун?

Необходимость подобного рода исследований усиливается с каждым годом: глобальные изменения климата уже отражаются на экосистеме озера, усиливается и антропогенная нагрузка. Всё это может негативно сказаться на эндемичной фауне озера, которая на протяжении последних миллионов лет эволюционировала в условиях ультрачистой воды и низких температур, что обуславливает и чувствительность фауны к резким изменениям условий обитания. Усиливается риск вселения видов, адаптированных к более широким диапазонам колебаний факторов среды. Из истории экологических исследований известно, какой вред наносят экосистемам виды-вселенцы, которые вытесняют «местных жителей». Недаром в Байкале на протяжении последних двух миллионов лет существует некий «невидимый» барьер, который представляет собой уникальное сочетание условий среды и не позволяет большинству представителей чужеродной фауны проникнуть в озеро, даже если эта фауна живёт в непосредственной близости от байкальского побережья. Но сохранится ли этот защитный барьер в условиях, когда, температура на Земле возрастает очень быстрыми темпами, что сопровождается усилением поступления биогенных элементов и ксенобиотиков в экосистемы? Не уступит ли высокоспециализированная байкальская фауна своё место видам-вселенцам?

Именно этими вопросами задались исследователи совместной российско-немецкой группы из НИИ биологии Иркутского государственного университета и Научно-исследовательских центров объединения им. Гельмгольца — Центра экологических исследований (г. Лейпциг) и Центра полярных и морских исследований Альфреда-Вегнера (г. Бремерхафен). В ходе международного научного проекта «Lake Baikal and Biological Effects of Global Change (LabEglo)» («Озеро Байкал и биологические эффекты глобального изменения»), проводимого под совместным руководством немецкого ученого др. Тилла Люкенбаха и его российского коллеги проф. Максима Тимофеева, при поддержке объединения им. Гельмгольца и РФФИ, были оценены потенциальные возможности ключевых представителей байкальской донной фауны адаптироваться к изменяющимся условиям среды и противостоять вселению в озеро чужеродной фауны

Амфиподы и «несмешиваемость» фаун

Среди многочисленных организмов, населяющих озеро Байкал, особенный интерес представляют рачки-амфиподы, которые доминируют в бентосных сообществах практически на всей поверхности дна озера — от прибрежной зоны до максимальных глубин. По неизвестным пока науке причинам за свою многомиллионную историю в озере сформировалась богатая эндемичная фауна амфипод (не менее 350 видов и подвидов), тогда как в водоёмах, окружающих Байкал, обитает, в основном, только один вид – озёрный бокоплав Gammarus lacustris. Благодаря эффекту «несмешиваемости» фаун, этот вид до сих пор не способен проникнуть в озеро. Проникновение озёрного бокоплава в Байкал будет свидетельствовать о неблагоприятных изменениях в прибрежных сообществах и экосистеме Байкала в целом.

При сравнении двух эндемичных видов байкальских амфипод были обнаружены значительные отличия в устойчивости к абиотическим факторам среды. В частности, байкальский вид E. Verrucosus оказался очень чувствительным к температурным колебаниям, тогда как обитатель зоны уреза воды байкальский Eulimnogammarus cyaneus оказался сравнительно устойчивым. Такое различие в устойчивости к температуре может быть объяснено развитой системой биохимического, физиологического и клеточного стресс-ответа у более устойчивого вида. Обитатель Палеарктики G. lacustris также обладает высокой устойчивостью к повышенным температурам, близкой к таковой у байкальского вида E. cyaneus, что позволяет предположить, что если вселение G. lacustris в Байкал произойдет, этому виду придется вначале преодолеть конкуренцию с термоустойчивым байкальским E. cyaneus. Собранные к настоящему моменту данные показывают, что наличие в экосистеме устойчивых видов может предотвратить нежелательную инвазию. Полученные в ходе проекта данные представляют огромный интерес не только для изучения экосистемы Байкала, но и для исследования молекулярных основ адаптации водных организмов к изменяющимся факторам внешней среды.

Бокоплав Мессершмидта

Одной из особенностей озера Байкал является его большая протяженность с юга на север, благодарячему прибрежные сообщества подвержены влиянию климатической зональности, и стресс-ответ южных и северных популяций одного и того же вида может отличаться. Чтобы проверить это предположение, участниками проекта LabEglo было предпринято несколько экспедиций вокруг Байкала для сбора амфипод из разных точек. Около города Северобайкальска, что расположен в самой северной оконечности озера, ученым попались в сборах не совсем типичные образцы. При более подробном рассмотрении с помощью специалиста в области систематики амфипод профессора ИГУ Вадима Тахтеева, было выяснено, что эти образцы являются неизвестным науке видом. Новому виду присвоили имя первого исследователя Байкала и Сибири, «Колумба Сибири», выходца из Германии, Даниила Готтлиба Мессершмидта. Загадки Байкала испокон веков притягивают к себе внимание пытливых немецких умов, и сотрудничество с ведущими немецкими учеными открывает большие перспективы для исследования уникальной экосистемы озера с использованием как классической науки, так и самых современных методов и высокотехнологичного оборудования. Обсуждается создание Гельмгольц-Байкал центра для долговременных российско-германских проектов.

В сентябре 2014 года на базе байкальской биостанции НИИ биологии ИГУ в поселке Большие Коты прошёл заключительный семинар, куда были приглашены участники проекта LabEglo — ведущие немецкие профессора и учёные из институтов ассоциации Гельмгольца. В ходе проведение семинара были освещены широкие перспективы для дальнейшего сотрудничества в области изучения разнообразия и эволюции механизмов адаптации байкальских эндемиков. Результаты проекта показали огромный научный и образовательный потенциал такого сотрудничества — две немецких аспирантки в настоящий момент готовят свои диссертационные работы, одна из них сделала свою работу, проведя три летних сезона на Байкале. Вовлеченные в проект российские аспиранты также подготовили свои работы по проекту, а трое уже получили степень кандидатов наук. Многочисленные научные стажировки в ходе проекта положительно сказались на уровне квалификации как российских, так и немецких участников.

Исследования по проекту продолжаются и по сей день. Но и полученные к данному моменту результаты свидетельствуют о высокой ценности таких проектов и о необходимости поддержания и развития российско-германского партнерства при изучении такой уникальной экосистемы, как озеро Байкал, особенно в условиях, когда стабильность этой экосистемы может оказаться под угрозой.

Дарья Бедулина, Тилл Люкебах, Максим Тимофеев

Источник: журнал «Helmholtz Perspektiven».