Οι ανακαλύψεις για του μύκητες
Χωρίς ένα μικροσκοπικό ικρίωμα για να χτιστεί, το νερό μπορεί να παραμείνει υγρό μέχρι τους -46 βαθμούς Κελσίου. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως υπερψύξη. Για να παγώσει σε θερμότερες, κάτω από το μηδέν θερμοκρασίες, το νερό χρειάζεται έναν καταλύτη ή "σπόρο" για να ξεκινήσει η διαδικασία κρυστάλλωσης.
Συνήθως, αυτός ο σπόρος είναι μια κηλίδα ορυκτής σκόνης, αιθάλης ή ενός χημικού σωματιδίου που παρασύρεται στην ατμόσφαιρα. Τα μόρια του νερού προσκολλώνται σε αυτό το σωματίδιο, διατάσσονται σε έναν άκαμπτο κρύσταλλο και προκαλούν ένα φαινόμενο χιονοστιβάδας. Καθώς περισσότερα μόρια κολλάνε στον αναπτυσσόμενο κρύσταλλο, ο πάγος γίνεται βαρύτερος και τελικά πέφτει στη Γη.
Αλλά η φύση δεν βασίζεται μόνο στη σκόνη. Χρησιμοποιεί επίσης βιολογικούς σπόρους. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ορισμένα βακτήρια είναι απίστευτα καλά στο να σχηματίζουν πάγο, για παράδειγμα.
Μια διεθνής ομάδα ερευνητών ανακάλυψε πρόσφατα ότι ορισμένοι κοινοί μύκητες του εδάφους παράγουν εξειδικευμένες πρωτεΐνες ικανές να παγώνουν το νερό σε θερμοκρασίες έως και -2 βαθμούς Κελσίου. Και σε αντίθεση με τα βακτήρια, τα οποία πρέπει να υπάρχουν φυσικά ως ολόκληρα, ογκώδη κύτταρα για να σχηματίσουν πάγο, αυτοί οι μύκητες εκκρίνουν εξαιρετικά σταθερές, υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες που κάνουν τη δουλειά εντελώς μόνα τους.
Η Ανατομία μιας Παγομηχανής
Οι επιστήμονες γνωρίζουν από τη δεκαετία του 1970 ότι ορισμένα βακτήρια μπορούν να λειτουργήσουν ως φυσικοί παγομηχανές. Τα βακτήρια χρησιμοποιούν εξειδικευμένες πρωτεΐνες στις κυτταρικές τους μεμβράνες για να αρπάζουν μόρια νερού και να τα κουμπώνουν σε ένα άκαμπτο, παγωμένο πλέγμα.
Η ερευνητική ομάδα διερεύνησε μια ομάδα μυκήτων γνωστή ως οικογένεια Mortierellaceae. Εξήγαγαν δείγματα από νερό και λειχήνες που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια πολικών αποστολών.
Όταν οι επιστήμονες αλληλούχισαν το μυκητιακό DNA, βρήκαν χρυσό. Εντόπισαν συγκεκριμένα γονίδια που έμοιαζαν αξιοσημείωτα με τα γονίδια παραγωγής πάγου που βρίσκονται στα βακτήρια. Για να αποδείξουν ότι αυτά τα γονίδια ήταν στην πραγματικότητα υπεύθυνα για τη δημιουργία πάγου, η ομάδα τα εισήγαγε σε εντελώς διαφορετικούς οργανισμούς, όπως ζύμες και E. coli.
Σχεδόν αμέσως, η τροποποιημένη ζύμη και τα βακτήρια απέκτησαν προηγουμένως ανύπαρκτες ικανότητες παραγωγής πάγου. Τα μεταμοσχευμένα γονίδια λειτούργησαν τέλεια.
Μια Μικροσκοπική Ληστεία
Πώς κατέληξε ένας κοινός μύκητας εδάφους με τον ίδιο εξοπλισμό παραγωγής πάγου με ένα βακτήριο; Η απάντηση βρίσκεται στην οριζόντια μεταφορά γονιδίων, την κίνηση γενετικού υλικού μεταξύ οργανισμών εκτός από την κάθετη μετάδοση (από γονέα σε απογόνους).
«Είναι γνωστό ότι οι μύκητες μπορούν να αποκτήσουν γονίδια από βακτήρια, αλλά δεν είναι κάτι συνηθισμένο», δήλωσε ο Boris A. Vinatzer, περιβαλλοντικός επιστήμονας στο Virginia Tech και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Οπότε δεν περίμενα ποτέ ότι αυτό το μυκητιακό γονίδιο είχε βακτηριακή προέλευση».
Αλλά οι μύκητες έκαναν επίσης τις δικές τους τροποποιήσεις στα βακτηριακά σχέδια. Οι βακτηριακοί πυρηνοποιητές πάγου είναι ογκώδεις. Βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στη φυσική δομή ολόκληρης της βακτηριακής κυτταρικής μεμβράνης για να συναρμολογηθούν σωστά και να ενεργοποιήσουν την κατάψυξη. Εάν διαταράξετε τη βακτηριακή κυτταρική μεμβράνη, η απόδοση κατάψυξης μειώνεται κατακόρυφα.
Οι μύκητες, ωστόσο, παραβίασαν τον σχεδιασμό. Εξέλιξαν την πρωτεΐνη ώστε να λειτουργεί ανεξάρτητα από την κυτταρική μεμβράνη. Σχεδίασαν έναν τρόπο να εκκρίνουν αυτές τις πρωτεΐνες απευθείας στο περιβάλλον ως ελεύθερα αιωρούμενα, διαλυτά μόρια.
«Οι μύκητες χρησιμοποιούν την ίδια αρχιτεκτονική επαναλαμβανόμενης αλληλουχίας με τα βακτήρια για τις θέσεις σχηματισμού πάγου, αλλά τα έχουν κάνει πιο διαλυτά και σταθερά, κάτι που πιθανώς ωφελεί την οικολογική τους λειτουργία», εξηγεί.
Γιατί μας ενδιαφέρει το πώς οι μύκητες παγώνουν το νερό;
Όταν προκαλούμε τεχνητά βροχή ή χιόνι, χρησιμοποιούμε μια διαδικασία που ονομάζεται σπορά σύννεφων. Σωματίδια εκτοξεύονται στον ουρανό για να δώσουν στα μόρια του νερού μια επιφάνεια για να παγώσουν. Καθώς οι κρύσταλλοι πάγου γίνονται βαρύτεροι, πέφτουν στη Γη, λιώνοντας σε βροχή καθώς περνούν από τη θερμότερη ατμόσφαιρα.
Τα τελευταία 80 χρόνια, το σωματίδιο που χρησιμοποιείται για τη σπορά σύννεφων ήταν το ιωδιούχο άργυρο. Λειτουργεί καλά, αλλά είναι εξαιρετικά τοξικό για το περιβάλλον.
Αυτές οι νεοανακαλυφθείσες μυκητιακές πρωτεΐνες προσφέρουν μια εντελώς φυσική, μη τοξική εναλλακτική λύση. Και επειδή είναι εξαιρετικά αποτελεσματικές και επιβιώνουν σε σκληρές συνθήκες, είναι ιδανικοί υποψήφιοι για την ατμοσφαιρική μηχανική.
Ένα πλεονέκτημα χωρίς κύτταρα στα τρόφιμα και την ιατρική
Η τροποποίηση του καιρού είναι μόνο η αρχή. Το γεγονός ότι αυτές οι μυκητιακές πρωτεΐνες είναι χωρίς κύτταρα τους δίνει τεράστια πλεονεκτήματα έναντι των βακτηριακών αντίστοιχων τους τόσο στην επιστήμη των τροφίμων όσο και στην ιατρική.
Επαναυπολογίζοντας τις κλιματικές μας προβλέψεις
Υπάρχει ένα ακόμα πράγμα. Τα κλιματικά μοντέλα βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην κατανόηση του πώς σχηματίζονται τα σύννεφα, πόσο ηλιακό φως αντανακλούν πίσω στο διάστημα και πόση θερμότητα παγιδεύουν. Η ποσότητα πάγου σε ένα σύννεφο αλλάζει ριζικά τις ανακλαστικές του ιδιότητες, αλλάζοντας άμεσα τις παγκόσμιες θερμοκρασίες.
Επειδή αυτοί οι μύκητες που παράγουν πάγο ζουν σε αφθονία σε κοινά εδάφη, ο άνεμος σαρώνει τακτικά τα σπόρια τους και εκκρίνει πρωτεΐνες στην ατμόσφαιρα. Πιθανότατα υποτιμούμε σε μεγάλο βαθμό το πόσο αυτές οι μικροσκοπικές μυκητιακές μηχανές υπαγορεύουν τα καθημερινά καιρικά πρότυπα σε όλο τον κόσμο.
«Τώρα που γνωρίζουμε αυτό το μυκητιακό μόριο, θα γίνει ευκολότερο να ανακαλύψουμε πόσα από αυτά τα είδη μορίων υπάρχουν στα σύννεφα», είπε ο Vinatzer. «Και μακροπρόθεσμα, αυτή η έρευνα θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη καλύτερων κλιματικών μοντέλων».
www.worldenergynews.gr
