Ορισμένοι μύκητες μπορούν να επηρεάσουν τον καιρό – τώρα ξέρουμε πώς

Ορισμένοι μύκητες μπορούν να παράγουν πρωτεΐνες που παγώνουν το νερό, κάτι που μπορεί να τους επιτρέπει να φτάνουν στην ατμόσφαιρα και να προκαλούν βροχή. Τώρα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν το μυστικό αυτής της διαδικασίας: ένα γονίδιο από αρχαία βακτήρια.

Οι ερευνητές γνωρίζουν εδώ και πολύ καιρό ότι ορισμένα βακτήρια έχουν πρωτεΐνες στις κυτταρικές τους μεμβράνες που τους επιτρέπουν να παγώνουν το νερό σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, περίπου στους -5 βαθμούς Κελσίου – μια διαδικασία γνωστή ως πυρηνοποίηση πάγου. Ορισμένα είδη μυκήτων μπορούν να το κάνουν επίσης, αλλά πολύ λιγότερα ήταν γνωστά για το πώς λειτουργούσε σε αυτό το βασίλειο της ζωής.

«Απλά θέλαμε να καταλάβουμε πώς δουλεύει αυτό», δήλωσε ο Μπόρις Βινάτσερ, μικροβιολόγος στο Virginia Tech και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης, η οποία δημοσιεύθηκε στις 11 Μαρτίου στο περιοδικό Science Advances.

Ο Βινάτσερ και οι συνεργάτες του μελέτησαν τα γονιδιώματα δύο στελεχών μυκήτων της οικογένειας Mortierellaceae για να βρουν την πρωτεΐνη πυρηνοποίησης πάγου τους. Είχαν μερικές ενδείξεις: Ήξεραν ότι η πρωτεΐνη εκκρίνεται στο περιβάλλον αντί να είναι προσκολλημένη στα κυτταρικά τοιχώματα των μυκήτων, και ήξεραν περίπου το μέγεθός της. Έτσι, έψαξαν για γονίδια που είχαν αυτά τα χαρακτηριστικά και ήταν παρόμοια με γνωστές βακτηριακές πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου.

Εξεπλάγησαν βρίσκοντας μια υποψήφια που ήταν σχεδόν ταυτόσημη με ένα βακτηριακό γονίδιο που ονομάζεται InaZ. Και όταν μετέφεραν αυτό το μυκητιακό γονίδιο σε ένα κύτταρο ζύμης, η ζύμη απέκτησε επίσης την ικανότητα να δημιουργεί πάγο.

«Επιβεβαιώσαμε ότι αυτό το συγκεκριμένο θραύσμα DNA όντως δημιουργεί πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου», δήλωσε στο Live Science.

Αυτό υποδηλώνει ότι, κάποια στιγμή στο παρελθόν, ίσως πριν από εκατομμύρια χρόνια, ένας πρόγονος μύκητας απέκτησε το γονίδιο από τους γειτονικούς του βακτηριακούς οργανισμούς – μια διαδικασία γνωστή ως οριζόντια μεταφορά γονιδίων – και στη συνέχεια το έκανε δικό του.

Λιγότερο σαφές, ωστόσο, είναι το πώς οι μύκητες χρησιμοποιούν αυτήν την ικανότητα παραγωγής πάγου και τι εξελικτικό πλεονέκτημα τους δίνει. «Πραγματικά δεν έχουμε ιδέα μέχρι στιγμής», είπε ο Βινάτσερ.

Τα βακτήρια που έχουν πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου είναι συχνά αυτά που επιτίθενται στα φυτά, όπως η Pseudomonas syringae, η οποία μολύνει το καλαμπόκι. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτά τα βακτήρια χρησιμοποιούν τις πρωτεΐνες που σχηματίζουν πάγο για να βλάψουν το φυτό, επιτρέποντας στα θρεπτικά συστατικά να διαρρεύσουν ή στα βακτήρια να εισβάλουν.

Ένας από τους μύκητες στη νέα μελέτη προερχόταν από λειχήνα, μια υβριδική αποικία μυκήτων και άλγης που αναπτύσσεται σε βράχους και δέντρα. Ο Βινάτσερ εικάζει ότι οι πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου μπορεί να επιτρέπουν στον μύκητα να αντλεί νερό από τον αέρα, παρέχοντας έτσι έναν απαραίτητο αλλά σπάνιο πόρο για τον λειχήνα.

«Τα πρωινά με υψηλή υγρασία και χαμηλές θερμοκρασίες, οι μυκητιακές πρωτεΐνες μπορούν να προκαλέσουν έναν παγετό στον λειχήνα που στη συνέχεια λιώνει και παρέχει νερό αργότερα την ημέρα», είπε.

Αλλά ίσως η πιο ενδιαφέρουσα πτυχή αυτών των βακτηρίων και μυκήτων που παράγουν πάγο είναι ότι μπορούν να επηρεάσουν τον καιρό, «σπέρνοντας» τα σύννεφα για να φέρουν βροχή.

Τα βακτήρια που σχηματίζουν πάγο, όπως η P. syringae, είναι γνωστό ότι αποτελούν μέρος του υδρολογικού κύκλου και παίζουν σημαντικό ρόλο στην πτώση της βροχής. Ανεβαίνουν στα σύννεφα με τον άνεμο ή την εξάτμιση, όπου η ικανότητά τους για πυρηνοποίηση πάγου δημιουργεί μικροσκοπικούς κρυστάλλους που τελικά μεγαλώνουν αρκετά για να πέσουν ως βροχή ή χιόνι. Φαίνεται πιθανό ότι οι πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου που εκκρίνονται από τους μύκητες υφίστανται μια παρόμοια διαδικασία, δήλωσε ο Βινάτσερ.

Επειδή ένας μεμονωμένος μύκητας μπορεί να εκκρίνει πολλές πρωτεΐνες, με καθεμία να λειτουργεί ως μεμονωμένος πυρήνας πάγου, μπορεί να υπάρχουν πολύ περισσότερες από αυτές στα σύννεφα από ό,τι βακτήρια που προκαλούν βροχή. «Αυτό υποδηλώνει ότι οι μύκητες μπορεί να είναι στην πραγματικότητα πιο σημαντικοί από τα βακτήρια στην επηρεασμό του καιρού», είπε, κάτι που θα μπορούσε να ωφελήσει όχι μόνο τους μύκητες στο έδαφος, αλλά ολόκληρο το οικοσύστημα.

Αυτές οι νεοανακαλυφθείσες μυκητιακές πρωτεΐνες θα μπορούσαν επίσης να είναι χρήσιμες για τους ανθρώπους, πρότεινε ο Βινάτσερ. Οι επιχειρήσεις «σποράς» νεφών χρησιμοποιούν επί του παρόντος ένα τοξικό χημικό που ονομάζεται ιωδιούχο ασήμι για τη δημιουργία κρυστάλλων πάγου, αλλά ίσως θα μπορούσε να αντικατασταθεί με μια αβλαβή οργανική πρωτεΐνη.

«Αυτές οι πρωτεΐνες θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια εναλλακτική λύση στο τοξικό ιωδιούχο ασήμι», δήλωσε ο Βινάτσερ. «Αν μπορούσαμε να βρούμε πώς να τις παράγουμε, γιατί να μην τις χρησιμοποιήσουμε αντί γι’ αυτό;»