Некоторые грибы способны влиять на погоду, и ученые выяснили, как это происходит

Фото из открытых источников

Некоторые грибы способны вырабатывать белки, которые замораживают воду, что может позволить им проникать в атмосферу и вызывать дождь. Теперь ученые раскрыли секрет этого процесса: ген древних бактерий. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Science Advances.

Исследователям давно известно, что некоторые бактерии имеют в своих клеточных мембранах белки, позволяющие им замораживать воду при относительно высоких температурах, около минус 5 градусов по Цельсию — процесс, известный как нуклеация льда. Некоторые виды грибов также способны на это, но о том, как это работает в этом царстве живых организмов, было известно гораздо меньше.

«Мы просто хотели понять, как это работает», — сказал соавтор исследования Борис Винатцер из Виргинского политехнического университета. 

Винатцер и его коллеги изучили геномы двух штаммов грибов семейства Mortierellaceae , чтобы найти их белок, инициирующий образование льда. У них было несколько зацепок: они знали, что белок выделяется в окружающую среду, а не прикрепляется к клеткам грибов, и примерно знали его размер. Поэтому они искали гены, обладающие этими характеристиками и похожие на известные бактериальные белки, инициирующие образование льда.

Они с удивлением обнаружили ген-кандидат, почти идентичный бактериальному гену под названием InaZ. А когда они перенесли этот грибной ген в дрожжевую клетку, дрожжи тоже приобрели способность создавать лед.

«Мы подтвердили, что именно этот фрагмент ДНК производит белки, способствующие образованию льда», — сказал он.

Это позволяет предположить, что в какой-то момент в прошлом, возможно, миллионы лет назад, предковый гриб приобрел этот ген у своих бактериальных соседей — процесс, известный как горизонтальный перенос генов, — а затем присвоил его себе.

Однако менее ясно, как именно грибы используют эту способность к образованию льда и какое эволюционное преимущество она им дает. «Пока что мы действительно ничего не знаем», — сказал Винатцер.

Бактерии, обладающие белками, образующими ядра льда, часто поражают растения, например, Pseudomonas syringae , которая поражает кукурузу . Ученые считают, что эти бактерии используют белки, образующие лед, для повреждения растения, позволяя питательным веществам просачиваться наружу или бактериям проникать внутрь.

Один из грибов, исследованных в новом исследовании, был обнаружен в лишайнике — гибридной колонии грибов и водорослей, растущей на камнях и деревьях. Винатцер предположил, что белки, способствующие образованию льда, могут позволять грибу извлекать воду из воздуха, обеспечивая таким образом лишайнику необходимый, но дефицитный ресурс.

«По утрам, когда высокая влажность и низкая температура, белки грибов могут вызывать образование инея на лишайнике, который затем тает и обеспечивает водой позже в течение дня», — сказал он.

Но, пожалуй, самым интригующим аспектом этих бактерий и грибов, образующих лед, является то, что они могут влиять на погоду, засеивая облака, чтобы вызвать дождь.

Известно, что бактерии, образующие лед, такие как P. syringae, являются частью круговорота воды и играют важную роль в образовании осадков. Они поднимаются в облака ветром или испарением, где благодаря своей способности к образованию зародышей льда образуются крошечные кристаллы, которые в конечном итоге достигают достаточно больших размеров, чтобы выпасть в виде дождя или снега. По словам Винатцера, вероятно, что белки, образующие зародыши льда и выделяемые грибами, проходят аналогичный процесс.

Поскольку один грибок может выделять множество белков, каждый из которых действует как отдельное ядро льда, их в облаках может быть гораздо больше, чем бактерий, вызывающих дождь. «Это говорит о том, что грибки на самом деле могут быть более важны, чем бактерии, в воздействии на погоду», — сказал он, — что может принести пользу не только грибкам на земле, но и всей экосистеме.

Винатцер предположил, что эти недавно обнаруженные грибковые белки могут быть полезны и для человека. В настоящее время при искусственном вызывании образования ледяных кристаллов используется токсичное химическое вещество под названием йодид серебра, но, возможно, его можно заменить безвредным органическим белком.

«Эти белки могут стать альтернативой токсичному йодиду серебра, — сказал Винатцер. — Если мы сможем понять, как их производить, почему бы не использовать их вместо йодида серебра?»