23 марта
РНФ

Потепление Байкала «помогает» рачкам-вселенцам вытеснять аборигенов

4.5

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.

Озеро Байкал / ©Getty images

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) / ©Ксения Верещагина / 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 / ©Ксения Верещагина / 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).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
12 часов назад
Мария Азарова

Ученые получили снимок планеты 2M0437b, которая сформировалась не более пяти миллионов лет назад и до сих пор остается чрезвычайно горячей.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

22 октября
Ольга Иванова

Отечественная палеонтология похожа на старушку-пенсионерку. Она собирает старье, ей вечно не хватает денег, но судьба ее мало кого волнует. Особенно государство и большой бизнес. Naked Science рассказывает, как семья из Крыма пытается спасти уникальный палеонтологический музей, в Благовещенске кости динозавров мокнут под дождем, а в Сибири мамонтов давят бульдозерами.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

22 октября
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: