Hitzeschock im Baikalsee

Der Baikalsee gehört zum UNESCO Weltnaturerbe. Er ist vor rund 30 Millionen Jahren entstanden und der älteste und größte Süßwassersee der Erde. Sein Artenreichtum ist enorm und einzigartig: Rund 2.600 Tierarten leben im See und sie alle sind endemisch – das bedeutet, dass sie ausschließlich im Baikalsee vorkommen, und nirgendwo sonst auf der Welt.

„Es ist bislang noch nicht geklärt, warum die Tierwelt des Baikalsees so vollkommen anders ist als die, die man gewöhnlich in eurasischen Süßwasserlebensräumen findet. Eine wichtige Rolle spielen aber sicherlich die mitunter extremen Bedingungen des Baikalsees“, sagt Till Luckenbach, Biologe und Umwelttoxikologe vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ). Luckenbach gehört zu einem Team deutscher Forscher, die gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Irkutzk den Baikalsee erforschen. Die Temperaturen im See sind sehr niedrig. Die durchschnittliche Wassertemperatur beträgt das ganze Jahr über nur etwa sechs Grad Celsius. Das Wasser ist arm an Mineralien und Nährstoffen, aber sehr sauerstoffreich, sogar bis in Tiefen von über 1.600 Metern.

Woher kommt die Artenvielfalt im Baikalsee?

Auch was die Artenvielfalt angeht ist der Baikalsee rekordverdächtig. Wissenschaftler haben inzwischen 350 verschiedene Flohkrebsarten entdeckt. In ganz Europa kommen hingegen gerade mal zehn bekannte Arten vor. Woher kommt die Artenvielfalt? Lesen Sie dazu unser HELMHOLTZ extrem Forschung am See mit der größten Artenvielfalt

Die Tierwelt des Baikalsees hat sich an diese besonderen Bedingungen angepasst. Tierarten aus anderen Lebensräumen konnten sich im Baikalsee nicht etablieren. Bis jetzt: Es ist zu befürchten, dass sich dies durch den fortschreitenden Klimawandel ändern könnte. Denn die Auswirkungen des Klimawandels sind auch am Baikalsee nicht spurlos vorübergegangen: „Die durchschnittliche Wassertemperatur ist in den vergangenen Jahrzehnten angestiegen. Und die Zeit, in der der See im Winter mit Eis bedeckt ist, ist deutlich kürzer geworden“, sagt Luckenbach. „Außerdem sind im Wasser des Sees Chemikalien nachweisbar, die durch den Menschen in die Umwelt eingebracht wurden. Bedenkt man die über lange Zeit stabilen Umweltbedingungen des Baikalsees, so sind diese Veränderungen dramatisch.“

In der Helmholtz-Russland Forschungsgruppe LaBeglo untersuchen Projektleiter Luckenbach und sein Team des UFZ mit Kollegen vom Alfred-Wegener-Institut (AWI), der Universität Leipzig und der Universität Irkutzk, welche Folgen die Umweltveränderungen für die einzigartige Lebenswelt des Baikalsees haben könnten. „Wir wollen herausfinden, ob und inwieweit die endemischen Tierarten des Baikalsees mit den veränderten Umweltbedingungen wie beispielsweise den steigenden Wassertemperaturen und der Chemikalienbelastung umgehen können“, sagt Luckenbach.

Dafür untersuchten die Forscher die Temperaturempfindlichkeit so genannter Flohkrebse. Diese meist nur wenige Millimeter großen Wasserbewohner kommen in Süßgewässern und im Meer vor und sind dort von großer Bedeutung, da sie sich um die Reinhaltung des Wassers kümmern. Sie fressen organisches Material, wie beispielsweise ins Wasser gefallene Blätter von Bäumen oder abgestorbene Wasserpflanzen. Im Baikalsee leben rund 350 verschiedene Flohkrebsarten, die nur dort heimisch sind.

Zwei Flohkrebsarten der Gattung Eulimnogammarus haben sich die Forscher genauer angesehen: E. verrucosus und E. cyaneus. Sie fanden heraus, dass sich die beiden Arten in der Empfindlichkeit gegenüber erhöhten Wassertemperaturen deutlich unterscheiden: E. verrucosus verträgt höhere Temperaturen nicht so gut, E. cyaneus reagiert dagegen vergleichsweise unempfindlich. In molekularbiologischen Untersuchungen konnten die Forscher zeigen, dass die unempfindliche Art mit sehr viel mehr so genannten Hitzeschock-Proteinen ausgestattet ist, einem äußerst effizienten zellulären Stressantwortsystem, das den Organismus vor den Auswirkungen höherer Temperaturen schützt. „Diese Beobachtungen stehen auch im Einklang mit den spezifischen Lebensräumen, in denen die beiden Flohkrebsarten vorkommen“, sagt Luckenbach.

So meidet E. verrucosus auch in freier Natur höhere Temperaturen, indem sie in tieferes Wasser ausweicht. Die temperaturunempfindliche E. cyaneus lebt dagegen stets in Ufernähe, wo die Wassertemperaturen im Tagesverlauf schwanken und im Sommer Temperaturen von etwa 20 Grad erreicht werden. Dies scheint E. cyaneus die Möglichkeit zu bieten, Lebensräume zu besiedeln, die für andere Flohkrebsarten nicht zugänglich sind. Denn E. cyaneus ist sogar in Bereichen des Baikalsees zu finden, wo sich das Wasser aus heißen Quellen mit dem Seewasser mischt. „Eine der wichtigsten Schlussfolgerungen aus den bisherigen Untersuchungen ist, dass die endemischen Arten des Baikalsees trotz der dort herrschenden und über lange Zeiträume konstanten Umweltbedingungen nicht per se sensibler sind für stark schwankende und extreme Umweltbedingungen. Mögliche Empfindlichkeiten können von Art zu Art unterschiedlich sein“, sagt Luckenbach.

In weiteren Untersuchungen des Projekts fanden die Forscher eine bislang unentdeckte Flohkrebsart im Baikalsee (E. messerschmidtii) und entschlüsselten das Genom von E. verrucosus. Damit lieferten sie die ersten Genomdaten dieser Organismengruppe überhaupt und beförderten dabei auch eine Überraschung zutage: „Das Genom dieses Flohkrebses ist unglaublich groß – es ist etwa dreimal größer als das menschliche Genom“, sagt Luckenbach. „Die Daten liefern eine wertvolle Grundlage zur weiteren Erforschung der physiologischen Anpassungsstrategien von Flohkrebsen an unterschiedliche Umweltbedingungen.“

Man darf also gespannt sein auf weitere Forschungsergebnisse zu den kleinen Tieren mit dem großen Genom. Und es bleibt zu hoffen, dass die einzigartige Tierwelt im größten See der Erde noch weitere überraschende Mechanismen auf Lager hat, mit denen sie dem Klimawandel zu trotzen weiß.