Скрывающиеся в почве крошечные микробы могут способствовать выпадению осадков

Фото из открытых источников

Согласно недавнему исследованию, крошечные организмы на земле – бактерии и грибы – обладают «сверхспособностью», позволяющей им подниматься в атмосферу и собирать дождевую воду.

Чтобы понять, как микроб может контролировать шторм, сначала нужно рассмотреть, как облака превращаются в дождь. Высоко в атмосфере вода не всегда замерзает при 0 °C. Температура на уровне облаков обычно намного ниже, но чистая вода может оставаться жидкой даже при леденящей -40 °C.

Большинство дождей начинаются со льда. В атмосфере облака полны «переохлажденной» воды — жидкости, которая холоднее точки замерзания, но еще не превратилась в лед, потому что ей не за что зацепиться.

Для того чтобы облако превратилось в дождь или снег, ему необходима «зародыш» — крошечная частица, за которую могут зацепиться молекулы воды, чтобы они могли кристаллизоваться в лед, а затем выпасть из облаков в виде дождя.

Пыль, сажа и соль, поднимаемые ветром в облака, способны на это, но делают они это не очень эффективно. Обычно им требуется значительное понижение температуры, прежде чем они начнут действовать. Вот здесь вступает в игру биология.

На протяжении десятилетий ученым известно о белках, инициирующих образование льда (INpros), которые обнаруживаются в некоторых бактериях, таких как Pseudomonas syringae. Бактерии перемещаются с листьев растений в облака, чтобы вызвать дождь. Они используют специальные белки, чтобы заставить воду замерзать при температурах до -2 °C.

Однако недавнее открытие, опубликованное в журнале Science Advances, выявило нового игрока в климатической игре: грибковые INpros.

В то время как бактерии хранят свои белки, необходимые для образования льда, на своей «коже», грибы (в основном Fusarium и Mortierella) выделяют эти белки в окружающую почву.

Благодаря своей структуре эти грибковые белки водорастворимы, меньше по размеру, чем бактериальные, и обладают высокой способностью к образованию ледяных зародышей, что делает их более эффективными семенами для образования облаков.

Это подводит нас к циклу биоосадков. Можно представить себе лесную подстилку, покрытую этими грибами. Когда поднимается ветер, их микроскопические белки, образующие лед, выбрасываются в облака. Там они действуют как мощные «семена».

Даже в относительно теплых облаках (выше -5°C) эти грибковые белки способны вызывать кристаллизацию воды в лед. По мере роста эти кристаллы льда становятся тяжелее и падают. Проходя сквозь более теплый воздух, они тают и превращаются в дождь.

В отличие от бактерий рода Pseudomonas , которые используют лед для «атаки» и повреждения растений с целью получения питательных веществ, эти грибы рода Mortierella являются мирными партнерами растений . Они не стремятся к уничтожению.

Вместо этого они выделяют свои белки, участвующие в образовании льда, в окружающую почву, которая, по-видимому, создает защитный щит от суровых условий и богатую питательными веществами среду, способствующую процветанию как гриба, так и растения.

Новое открытие, касающееся грибов, захватывает дух, поскольку показывает, что даже организмы, погребенные в почве, могут влиять на атмосферу, добавляя новое измерение к этому древнему взаимодействию жизни и неба.

Это недостающий элемент в головоломке о том, как жизнь и глобальный климат влияют друг на друга. Вероятно, эта способность к образованию льда дает грибам преимущество в выживании.

Они используют лед, чтобы перекачивать влагу к своему мицелию (обширной подземной сети крошечных грибковых нитей), защищаться от повреждений, вызванных морозом, и перемещаться по облакам, чтобы добраться до новых мест обитания.

Новое исследование также выявило, как грибы семейства Mortierellaceae приобрели способность создавать лед. Изучив генетический код грибов, исследователи обнаружили, что эти грибы не развили эту способность самостоятельно.

Миллионы лет назад они «заимствовали» генетический код этого микроорганизма у бактерий посредством процесса, называемого горизонтальным переносом генов.

Можно представить это как биологическое «копирование и вставку». В то время как большинство животных наследуют ДНК только от родителей, микробы могут обмениваться фрагментами генетического кода со своими соседями, мгновенно получая эволюционное преимущество.

Однако эти грибы гораздо эффективнее бактерий в образовании льда, поскольку они выделяют (выделяют – то есть существуют вне клетки гриба) эти белки, которые могут покрывать окружающую среду и оставаться активными в почве после того, как гриб переместится в другое место.

Эти белки невероятно живучи. Они могут смываться в ручьи, высыхать, превращаясь в пыль, и подниматься в воздух под действием ветра.

Это открытие может изменить взгляд исследователей на охрану природы. Если мы полностью вырубаем лес — удаляем все деревья и оставляем землю голой, — мы теряем не только деревья. Мы можем нарушить биологический механизм, который запускает региональные осадки.

В условиях изменения климата и участившихся засух понимание этих грибковых INpros может иметь жизненно важное значение. В будущем мы, возможно, будем использовать эти природные биоразлагаемые белки для «засеивания облаков» с целью создания дождя.

Во многих странах уже действуют программы искусственного вызывания дождя для защиты урожая от заморозков. Но этот вид искусственного вызывания дождя основан на использовании йодида серебра — тяжелого металла, который может сохраняться в окружающей среде.

Белки грибов представляют собой естественную, биоразлагаемую альтернативу. Они также могут защитить урожай от заморозков. Способствуя раннему и плавному образованию льда, они выделяют небольшое количество тепла, которое действует как теплоизолирующее одеяло для растения.

Мы могли бы использовать их для производства снега на горнолыжных склонах с меньшими затратами энергии, для создания более вкусных замороженных продуктов, предотвращая повреждение клеток продуктов крупными кристаллами льда, или даже для разработки экологически чистых систем охлаждения, не использующих агрессивные химические хладагенты.