Hồ Baikal được hình thành từ khoảng 25 – 30 triệu năm trước và chứa đến 20% lượng nước ngọt trên Trái đất, xấp xỉ 23.000 km3, khối lượng nước của hồ này thậm chí còn lớn hơn cả biển Baltic. Hồ Baikal không chỉ là hồ lâu đời nhất và rộng nhất thế giới mà còn là hồ sâu nhất với độ sâu hơn 1.500m. Đây cũng có thể là một trong những hồ lạnh nhất với nhiệt độ trung bình gần bờ chỉ khoảng 6 độ C.
Tiến sĩ Till Luckenbach, nhà nghiên cứu độc học môi trường của Trung tâm Nghiên cứu Môi trường Helmholtz (UFZ) cho biết “Nước hồ trong như pha lê, hàm lượng muối và dinh dưỡng thấp và vô cùng giàu ôxy, thậm chí ở cả đáy hồ”.
Trong lịch sử tiến hóa, những điều kiện đặc biệt này của hồ Baikal đã tạo nên một quần thể động vật độc nhất vô nhị. Khoảng 80% trong số 2.600 loài sinh vật sống ở hồ Baikail là các loài đặc hữu – tức là những loài này không có ở bất kỳ nơi nào khác trên thế giới, điều đó cho thấy chúng thích nghi rất tốt với các điều kiện khác biệt này.
Tuy nhiên, quần thể động vật của hồ Baikal sẽ vẫn còn đa dạng và độc nhất vô nhị trong tương lai nữa hay không là điều không chắc chắn. Hồ nằm trong khu vực có sự ấm lên toàn cầu đáng lưu ý. Trong 50 năm qua, nhiệt độ bề mặt hồ trung bình đã tăng lên 1,5độ C. Theo Tiến sĩ Luckenbach: “Nhiệt độ vẫn đang tăng. Thời kỳ mùa đông khi hồ bị đóng băng đã ngắn hơn nhiều. Ngoài ra, có thể phát hiện thấy sự ô nhiễm hóa học. Bởi vì các điều kiện môi trường ở hồ Baikal đã duy trì ổn định trong một thời gian dài nên những thay đổi này là rất rõ ràng”. Trong nhóm nghiên cứu hợp tác Helmholtz – Russia, giám đốc dự án Luckenbach và nhóm công tác của ông trong 6 năm qua đã và đang làm việc với các nhà nghiên cứu của Đại học Irkutsk, Viện nghiên cứu Alfred Wegener (AWI) tại Bremerhaven và Đại học Leipzig để tìm ra những hệ quả mà các điều kiện môi trường thay đổi, như nhiệt độ nước hồ tăng và ô nhiễm hóa học, đã mang lại cho hệ động vật độc nhất vô nhị của hồ Baikal. Hai loài giáp xác amphipod (có chân bò và chân bơi) thuộc giống Eulimnogammarus đang được sử dụng làm sinh vật mẫu. Các loài giáp xác amphipod thực hiện một chức năng sinh thái quan trọng trong môi trường nước: làm tan vỡ các vật chất hữu cơ, để giữ cho môi trường nước sạch, và là thức ăn cho các loài cá. Với vai trò then chốt này trong mạng lưới thức ăn, các loài amphipod đã trở thành sinh vật mẫu quan trọng đối với các nhà nghiên cứu độc học môi trường.
Kết quả nghiên cứu về tính nhạy cảm với nhiệt độ của các loài giáp xác amphipod ở hồ Baika do Đại học Irkutsk thực hiện đã cho thấy một loài (E. cyaneus) có thể chịu đựng được nhiệt độ môi trường nước lên đến 20độ C, mức nhiệt này có thể xảy ra vào mùa hè ở khu vực ven bờ hồ. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện thấy loài E. cyaneus tạo ra một mức nhất định các protein sốc nhiệt, các protein này bảo vệ các phân tử protein quan trọng trong cơ thể sinh vật nhưng sẽ bị phá hủy ở nhiệt độ cao. Một loài khác là E. verrucosus, sản sinh ra ít protein sốc nhiệt hơn và thay vào đó là chúng di cư đến vùng nước sâu hơn, mát hơn trong hồ để tránh nhiệt độ cao. Tiến sĩ Luckenbach nói “Nếu nhiệt độ nước hồ tăng lên do biến đổi khí hậu, thì điều này sẽ có những ảnh hưởng sâu rộng không chỉ đối với các loài đơn lẻ mà còn đối với sự cân bằng của hệ sinh thái đã phát triển trong một thời gian dài. Trong trường hợp của loài E. cyaneus, nhiệt độ tối đa mà loài này có thể chịu đựng trong khoảng thời gian dài có thể đã đạt đến vào mùa hè – nhiệt độ tăng thêm chút nữa có thể sẽ rất nguy hiểm. Và nếu loài E. verrucosus phải di cư đến vùng nước sâu hơn hiện tại thì loài này sẽ phải cạnh tranh nhiều hơn với các loài giáp xác amphipod khác sống ở vùng nước đó để tìm kiếm nguồn thức ăn”.
Trong nghiên cứu gần đây được đăng trên tạp chí Environmental Science and Technology, một nhóm các nhà nghiên cứu của UFZ, AWI và Đại học Irkutsk đã nghiên cứu hai loài giáp xác amphipod này phản ứng như thế nào với sự ô nhiễm hóa học trong môi trường nước. Hai loài này bị phơi nhiễm với kim loại nặng cadimi, chất được coi như là độc tố mẫu nghiên cứu. Mặc dù nước hồ Baikal vẫn chưa bị ô nhiễm rộng, nhưng cadimi là một chất gây ô nhiễm môi trường khá thường xuyên mà độc tính của nó rất khó giải quyết đối với các hệ sinh thái. Có thể thấy tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ở hồ Baikal đang gia tăng. Sông nhánh lớn nhất của hồ là sông Selenga ngày càng bị ô nhiễm do nước thải từ khai thác khoáng sản ở Mông Cổ, và các chất gây ô nhiễm từ khu công nghiệp Irkutsk đến hồ qua đường không khí.
Những phản ứng của các loài giáp xác amphipod được quan sát trong phòng thí nghiệm. Tiến sĩ Lena Jakob, nhà sinh lý học môi trường của Viện nghiên cứu Alfred Wegener, người đã thực hiện các thí nghiệm tại hồ Baikal, giải thích: “Loài nhỏ hơn E. cyaneus hấp thụ chất ô nhiễm nhanh hơn và do vậy chúng tử vong ở nồng độ chất ô nhiễm thấp hơn trong môi trường nước. Chúng tôi cũng quan sát thấy quá trình trao đổi chất ở loài E. verrucosus xảy ra chậm, thậm chí ở nồng độ cadimi thấp. Đây là một dấu hiệu cảnh báo, vì các loài động vật có thể tránh bắt mồi khi điều này xảy ra, không sinh sản và có thể trở thành con mồi cho các loài động vật ăn thịt khác do giảm hoạt động. Tình trạng ô nhiễm hóa chất thậm chí ở mức độ thấp nhưng thường xuyên ở hồ Baikal có thể có tác động lớn đến các loài đơn lẻ và toàn bộ hệ sinh thái”.
Trong một nghiên cứu khác, các nhà nghiên cứu của UFZ cùng với các chuyên gia tin sinh học của Đại học Leipzig đã thu được những hiểu biết đầu tiên về hệ gen (genome) của loài E. verrucosus. Đáng ngạc nhiên là bộ gen của loài này lớn, kích thước gấp 3 lần bộ gen người. Dữ liệu về hệ gen sẽ được sử dụng làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về các chiến lược thích ứng sinh lý ở các điều kiện môi trường khác nhau. Theo Tiến sĩ Luckenbach: “Chúng tôi muốn làm sáng tỏ hơn về lĩnh vực này, hiểu được mức độ sinh lý tốt hơn và tìm hiểu xem liệu có các cơ chế khác giúp các sinh vật này có thể chịu được những tác động của biến đổi khí hậu và phơi nhiễm với chất gây ô nhiễm, bởi vì chúng tôi muốn có thể dự đoán được hệ sinh thái có thể thay đổi như thế nào”.
Vũ Hậu (theo sciencedaily)