Ciupercile se alătură listei de organisme care pot controla când se formează gheață

Pe gheata –

Care este avantajul declanșării formării gheții? Nu este complet clar.

Deși poate fi motivul din spatele derapajului anvelopelor, spargerii țevilor și drumurilor închise care fac traficul un coșmar, gheaţă nu se formează întotdeauna atât de ușor pe cât pare. Adesea, primește ajutor din proteinele produse de ciuperci.

Nu contează ideea comună că gheața se formează la 0 ° C (32 ° F). Deși acesta este punctul de îngheț al apei, apa pură va îngheța numai atunci când temperaturile scad până la minus 46 ° C (minus 50,8 ° F). Deci, de ce de obicei îngheață la zero oricum? Organisme precum bacteriile, insectele și ciupercile produc proteine ​​cunoscute ca nucleatoare de gheață (nucleatorii non-proteici pot fi și de origine abiotică). Aceste proteine ​​pot declanșa formarea sau nucleatăde gheață la temperaturi mai mari decât ar îngheța apa pură.

În timp ce motivul exact pentru care ciupercile produc aceste proteine ​​rămâne necunoscut, cercetătorii Valeria Molinero de la Universitatea din Utah și Konrad Meister de la Universitatea de Stat Boise au condus un studiu care a dezvăluit mai multe despre modul în care nucleatorii de gheață fungice pot promova și împiedica formarea gheții mai eficient decât cei. a multor alte forme de viaţă.

Ajungerea la nucleu

Organismele capabile să producă nucleatoare de gheață aparțin unor regnuri biologice diferite, dar se crede că au evoluat aceeași abilitate în mod independent – un fenomen cunoscut sub numele de evoluție convergentă. Nucleatorii de gheață fungică au fost o enigmă până când Molinero, Meister și echipa lor au studiat nucleatorii produși de ciupercă. Fusarium acuminatum.

„Găsim activitate de legare și modelare a gheții Fusarium [ice nucleators]sugerând o potențială legătură între creșterea gheții și inhibiție”, au spus oamenii de știință într-un studiu publicat recent în PNAS.

Nucleatorii de gheață ajută la înghețarea apei prin nuclearea rapidă, care este procesul prin care moleculele de apă inițiază formarea cristalelor de gheață. Formarea unui cristal înseamnă molecule de H₂O trebuie să se alinieze în orientări specifice pentru a forma o structură de zăbrele rigidă. Aceasta începe ca un grup mic de molecule reticulate, un „nucleu” în apă lichidă. Dacă acest nucleu este suficient de mare, mai multe molecule de apă se vor agrega pe el până când se formează un cristal de gheață.

Acest lucru este dificil de făcut pentru apa pură singură, deoarece mișcarea moleculelor sale face dificilă formarea unui nucleu. Proteinele nucleatoare de gheață ajută moleculele de apă să se agrega într-un nucleu. Unii nucleatori bacterieni sunt atât de eficienți încât bacteriile care le produc sunt folosite pentru a produce zăpadă la statiuni de schi.

Înghețat în mister

Fusarium nucleatorii sunt, de asemenea, foarte eficienți și eficace. Echipa lui Meister și Molinero a descoperit că aceste proteine ​​fungice sunt mult mai mici decât multe dintre cele sintetizate de bacterii și alte organisme și că un număr mare dintre ele se unesc în structuri complexe care ajută la nuclearea gheții. Chiar și atunci când nivelurile de Fusarium proteinele au fost reduse în laborator, ele puteau încă declanșa procesul de nucleare.

Oamenii de știință au o ipoteză de ce Fusarium și alte organisme au dezvoltat molecule atât de mici care se agregează atât de eficient: „Ne așteptăm ca beneficiul energetic pentru organism în producerea de proteine ​​mai mici, mai degrabă decât una singura mare, să contribuie la succesul și adoptarea [this] strategie pentru specii care nu sunt legate de evoluție”, au spus ei în același timp studiu.

O altă întrebare – una în care răspunsul nu a cristalizat încă – este de ce ciupercile folosesc nucleatorii de gheață. Mai trebuie cercetat dacă sunt menite să promoveze formarea gheții sau dacă este un efect secundar accidental al unui alt beneficiu pe care îl oferă ciupercii.

Dar creaturi ca broaștele ne-ar putea da un indiciu. Multe specii de broaște au un antigel natural care le menține în viață în timp ce cad într-o stare de toropeală în lunile mai reci. Nu este neobișnuit ca ei să ajungă acoperiți de gheață, dar nucleatorii de gheață produși în celulele lor îi ajută să controleze locul în care se formează gheața, menținându-i în viață (împreună cu un antigel formate din uree si glucoza). Unele specii ingerează și bacterii care ajută la proces. Ar putea nucleatorii de gheață din ciuperci să facă parte dintr-un sistem antigel similar? În acest moment, nimeni nu știe.

Pe măsură ce continuă să fie demistificată în ceea ce privește nucleatorii biologici și abiotici de gheață, aceștia ar putea fi utilizați în cele din urmă pentru metode mai eficiente de congelare a alimentelor, de a face zăpadă, creând noriși, eventual, înghețarea criogenică a celulelor umane, care a fost recent de succes. Viitorul este înghețat.

PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2303243120