​​Биологи из Иркутского государственного университета (ИГУ) вместе с немецкими коллегами выяснили, почему байкальским эндемичным рачкам хорошо в холодной воде (заметно лучше, чем видам-вселенцам), и почему продолжающийся рост температуры воды Байкала может негативно отразиться на их жизнедеятельности.  

Исследователи показали, что температура влияет на то, насколько активны ферменты обмена веществ рачков: у теплолюбивых активность возрастает с ростом температуры, а у холодолюбивых выше 15 градусов начинается ее угнетение. Это необходимо учитывать, чтобы сохранять уникальные экосистемы.​   

Статья опубликована в журнале Scientifc Reports. Исследования поддержаны грантами Российского научного фонда (РНФ). 

«Для нас, людей, живущих на берегах Байкала, важно знать и понимать, где и какие виды, какие сообщества падут первыми под натиском глобальных климатических изменений. Как минимум для того, чтобы своей антропогенной деятельностью дополнительно не усиливать эти процессы», — рассказывает Максим Тимофеев, доктор биологических наук, руководитель проекта по гранту РНФ, профессор ИГУ, директор Научно-исследовательского института биологии ИГУ. 

Эндемиками называют специфичные для какой-то области виды, роды или другие таксоны растений и животных. Представители эндемиков обитают в относительно ограниченном ареале, иногда довольно небольшом по площади, и часто являются важнейшей частью уникальных древних экосистем. Под влиянием климатических изменений и нарастающего давления человека на природу эндемичные виды, узко-адаптированные к конкретным условиям обитания, оказываются наиболее уязвимыми. Они требует особого внимания ученых и постоянного экологического мониторинга для сохранения биоразнообразия. 

Биологи из Иркутского государственного университета совместно с немецкими коллегами из институтов Объединения имени Гельмгольца уже несколько лет изучают особенности энергетического метаболизма (обмена веществ для получения энергии) ключевых видов байкальских рачков-бокоплавов, по-научному амфипод (Amphipoda). 

Амфиподы — самая большая и самая разнообразная группа видов в озере Байкал (350 видов и подвидов), полностью состоящая из эндемиков. Она давно используется в качестве модельной системы для экологических и эволюционных исследований. В недавнем исследовании ученые сравнили холодолюбивый байкальский вид Eulimnogammarus verrucosus с более теплолюбивыми родственниками — байкальским эндемиком E. cyaneus и повсеместно распространенным видом-космополитом Gammarus lacustris. 

«Энергетический метаболизм — ключевой процесс для живых организмов. Именно он во многом определяет температурные предпочтения для холоднокровных. Большинство современных байкальских эндемиков возникло в озере, когда оно уже было очень холодным. Поэтому в ходе своего развития байкальские эндемики выработали специфические клеточные и биохимические адаптации к этим низким температурам. Эта узкая специализация к холоду отразилась на работе метаболического аппарата: использование различных источников энергии жиров, углеводов; работы регуляторных ферментных систем наиболее эффективны именно в диапазоне низких температур», — поясняет соавтор публикации и руководитель российско-немецкого проекта РНФ, кандидат биологических наук Дарья Бедулина.

Теплолюбивый рачок-космополит Gammarus lacustris (Sars, 1863) / ©Максим Тимофеев / ИГУ 
Теплолюбивый рачок-космополит Gammarus lacustris (Sars, 1863) / ©Максим Тимофеев / ИГУ 
При повышении температуры чувствительные к температурам эндемики, как в случае холодолюбивого Eulimnogammarus verrucosus, оказались наиболее уязвимы: если у теплолюбивых видов активность метаболических ферментов возрастает вместе с ростом температуры, то у холодолюбивого вида уже после 15 градусов Цельсия начинается ее угнетение. Исследователям Байкала хорошо известно, что в периоды, когда температура в прибрежной зоне Байкала достигает 15 градусов, взрослые особи Eulimnogammarus verrucosus массово мигрируют на глубину — туда, где попрохладнее. Теперь становятся понятны и клеточные механизмы, обуславливающие эту необходимость.

Теплолюбивый байкальский рачок Eulimnogammarus cyaneus / ©Максим Тимофеев / ИГУ 
Теплолюбивый байкальский рачок Eulimnogammarus cyaneus / ©Максим Тимофеев / ИГУ ​
«Что же дает этот, казалось бы, частный случай, для понимания более общей картины происходящего на Байкале и прогноза на перспективу? Исследуемый холодолюбивый вид амфипод является самым массовым в зоне мелководья по всему озеру — и по численности, и по биомассе. Подобно Eulimnogammarus verrucosus, подавляющая часть фауны беспозвоночных Байкала также относится к холодолюбивым эндемикам — стенотермам с узким диапазоном оптимальных температур. Важно учитывать тот факт, что в ходе глобального изменения климата температурный режим байкальских вод меняется в сторону нагрева. Например, поверхностные воды озера за последние полвека потеплели более чем на один градус. Это мы знаем из другого исследования нашего института — проекта долговременного мониторинга пелагиали озера Байкал “Точка №1”», — поделился Максим Тимофеев. ​

Важно отметить, что наибольшие риски относятся к температурному режиму мелководной прибрежной зоны озера Байкал. В последние годы учащаются случаи значительного прогрева вод и наблюдается рост средних температур на этих участках. Это может вызвать более частые и более массовые миграции доминирующих холодолюбивых эндемичных видов, что, в свою очередь, освободит экологические ниши для вселения видов уже небайкальского происхождения и потенциально может привести к значительной перестройке характера прибрежных сообществ озера. 

Эти риски требуют непрерывного мониторинга и адекватной оценки последствий — как на экосистемном, так и на метаболическом уровне, — у каждой группы эндемиков. Случаи проникновения нетипичных для Байкала видов и их массового распространения (а значит, и выдавливания аборигенов) уже известны. Например, улитки-прудовики лимнеиды (Lymnaeidae) уже стали вполне обычной, а порой и доминирующей группой моллюсков не только на мелководье, но и на ряде каменистых и обрывистых побережий «типичного Байкала». 

«Ранее такое внедрение видов вселенцев было практически невозможно по причине адаптивного превосходства эндемиков. Однако это превосходство работает только в пределах температурных и прочих режимов, оптимальных для байкальских видов. Выход за эти пределы угнетает метаболические процессы эндемиков, и, как показано на примере Eulimnogammarus verrucosus, ведет к ослаблению конкурентоспособности этих видов и последующей утрате их адаптивных преимуществ», — говорит Максим Тимофеев. ​

Исследования проводились совместно с коллегами из Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера (Бремерхафен, Германия), Лейпцигского университета (Лейпциг, Германия), Центра экологических исследований имени Гельмгольца (Лейпциг, Германия) и Института математики и естественных наук Макса Планка (Лейпциг, Германия). 

Фото: Озеро Байкал / ©Getty images

Источники

Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Kolibri.press, 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов - Naked Science
Naked Science (naked-science.ru), 23/03/2021
Потепление Байкала связали с угрозой для эндемичных рачков-бокоплавов
Российский научный фонд (рнф.рф), 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 23/03/2021
Потепление Байкала связали с угрозой для эндемичных рачков-бокоплавов
Российский научный фонд (rscf.ru), 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Новости Россия (news-rossiya.ru), 23/03/2021
Потепление Байкала связали с угрозой для эндемичных рачков-бокоплавов
ТАСС, 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Российский научный фонд (rscf.ru), 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Факты-новости (fakti-novosti.ru), 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Мос-стройка (mos-stroika.ru), 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Коммерсант Россия (kommersant-rossiya.ru), 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
News-Life (news-life.pro), 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Газета.Ru, 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Russia24.pro, 23/03/2021
Потепление Байкала помогает рачкам-вселенцам
All-rss.ru, 23/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Годнауки.рф, 24/03/2021
Потепление Байкала способствует распространению в его водах новых видов бокоплавов
Полит.ру, 24/03/2021
Байкальские рачки любят похолоднее. Или чем Байкалу грозит потепление
Irkutsk.News, 25/03/2021
Байкальские рачки любят похолоднее. Или чем Байкалу грозит потепление
Babr24.com, 25/03/2021
Ученые заявили, что потепление Байкала является угрозой для эндемичных рачков-бокоплавов
ИА Байкал Медиа Консалтинг (baikal-media.ru), 25/03/2021
Потепление Байкала связали с угрозой для эндемичных рачков-бокоплавов
Ариг Ус, 26/03/2021
Потепление Байкала связали с угрозой для эндемичных рачков-бокоплавов
Inregiontoday.ru, 26/03/2021
Потепление Байкала "помогает" рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов
Индикатор (indicator.ru), 27/03/2021
Потепление Байкала ставит под угрозу жизнь его эндемиков
Иркутская торговая газета (irktorgnews.ru), 27/03/2021

Похожие новости

  • 17/12/2020

    Ученые из Иркутска и Лейпцига совместно изучают устойчивость байкальской фауны к климатическим изменениям

    Директор НИИ биологии ИГУ доктор биологических наук Максим Тимофеев принял участие в мероприятиях 10-й Российско-Германской недели молодого ученого, посвященной международному научному сотрудничеству во время пандемии.
    544
  • 18/02/2021

    В проекте En+ Group и ВЭБ по развитию Байкальска намерен принять участие ИГУ

    ​Иркутский государственный университет планирует принять участие в проекте Международного центра водных ресурсов (МВЦ), которым занимается основанный Олегом Дерипаской En+ Group (LSE: ENPL; MOEX: ENPG), ведущий вертикально интегрированный производитель алюминия и возобновляемой электроэнергии.
    232
  • 19/03/2021

    En+Group и ИГУ подписали соглашение о сотрудничестве в рамках создания Международного центра водных ресурсов

    En+ Group, ведущий мировой вертикально интегрированный производитель алюминия и электроэнергии, и Иркутский государственный университет подписали рамочное соглашение о сотрудничестве по реализации научной и образовательной составляющей проекта Международного центра водных ресурсов (МЦВР) в г.
    583
  • 04/03/2021

    Разработка НГТУ НЭТИ помогла обнаружить медно-порфировые руды в Казахстане

    Как сообщает сайт ИРНИТУ, в экспедиции в Казахстан участвовали сотрудник Сибирской школы геонаук Сергей Бухалов, геофизики Михаил Давыденко и Карим Галиев.  Оборудование, необходимое для геофизической съемки, группа привезла с собой.
    211
  • 14/06/2017

    Сотрудники ИРНИТУ и ВСЕГЕИ будут изучать геологические процессы на Байкале

    ​Сотрудники ИРНИТУ, Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А. П. Карпинского (ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург) и Лимнологического института СО РАН 13 июня отправились в экспедицию по изучению особенностей проявления опасных геологических процессов, связанных с природной миграцией углеводородов.
    2396
  • 08/04/2021

    Сотрудники ИРНИТУ исследовали эффективность наземных и беспилотных электромагнитных зондирований на льду Байкала

    Сотрудники института ИРНИТУ провели испытания двух новых вариантов технологий электромагнитах зондирований - ЭМЗ-ВП (EMS-IP) и БПЛА-МПП (UAV-TEM) в районе посёлка Большое Голоустное. Проект развивает коллектив института «Сибирская школа геонаук» (SSG).
    147
  • 19/10/2020

    Биотехнологией и нейрохимией займутся исследователи из ИГУ

    ​​Очередной шаг вперед сделали ученые Иркутского государственного университета, занимающиеся исследованиями в области нейробиотехнологий. Развитию этого направления посвящался рабочий визит делегации вуза в Красноярский государственный медицинский университет.
    353
  • 05/10/2018

    Бокоплав-кузнечик выживает в «горячей» воде за счет неверного жиросжигания

    Устойчивость к высокой температуре во многом зависит от способности обходиться без кислорода.​Ученые из Иркутского государственного университета, Белорусского государственного университета, Байкальского исследовательского центра, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета узнали, как бокоплав-кузнечик Gammarus lacustris реагирует на постепенный рост температуры окружающей воды и какими биохимическими приспособлениями он пользуется, чтобы выжить.
    2768
  • 06/03/2020

    Ученые: байкальские бактерии могут хранить неизвестные науке антибиотики

    Биологи из Иркутского государственного университета вместе с коллегами из Университета Северной Флориды (США) изучили обмен веществ байкальских актинобактерий — крупных микроорганизмов, способных синтезировать биологически активные вещества.
    768
  • 20/02/2021

    Учёные выявили древнюю экологическую катастрофу

    ​​Смена магнитных полюсов нашей планеты сопровождается существенными экологическими изменениями — так утверждает коллектив ученых после детального исследования подобного процесса, прошедшего 42 тысячи лет назад.
    554