Οι μύκητες διαθέτουν μια εκπληκτική ικανότητα: παράγουν πρωτεΐνες που μπορούν να παγώσουν το νερό, επιτρέποντάς τους να φτάνουν στην ατμόσφαιρα και να προκαλούν βροχόπτωση. Επιστήμονες αποκάλυψαν πρόσφατα το μυστικό αυτής της διαδικασίας: ένα γονίδιο που προέρχεται από αρχαία βακτήρια και εξηγεί πώς οι μύκητες επηρεάζουν τον καιρό.

Διαβάστε: Μύκητες που τρέφονται από ακτινοβολία ανακάλυψαν οι επιστήμονες στο Τσερνόμπιλ

Πώς η μύκητες παγώνουν το νερό

Για δεκαετίες, οι ερευνητές γνώριζαν ότι ορισμένα βακτήρια φέρουν πρωτεΐνες στις κυτταρικές τους μεμβράνες που τους επιτρέπουν να παγώνουν το νερό σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, περίπου στους μείον 5 βαθμούς Κελσίου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται πυρηνοποίηση πάγου. Συγκεκριμένα είδη μυκήτων διαθέτουν επίσης αυτή την ικανότητα, αλλά ο τρόπος λειτουργίας της παρέμενε άγνωστος.

Ο Μπόρις Βινάτζερ, μικροβιολόγος στο Πολυτεχνείο της Βιρτζίνια και συγγραφέας της νέας μελέτης που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances, εξήγησε ότι στόχος της ομάδας ήταν να κατανοήσει τον μηχανισμό αυτόν. Οι ερευνητές μελέτησαν τα γονιδιώματα δύο στελεχών μυκήτων από την οικογένεια Mortierellaceae για να εντοπίσουν την πρωτεΐνη που δημιουργεί πυρήνες πάγου.

Το βακτηριακό γονίδιο που άλλαξε τα πάντα

Η ομάδα διέθετε κάποια στοιχεία: γνώριζαν ότι η πρωτεΐνη εκκρινόταν στο περιβάλλον αντί να παραμένει προσκολλημένη στα κύτταρα των μυκήτων, και είχαν εκτιμήσει το μέγεθός της. Αναζήτησαν γονίδια με αυτά τα χαρακτηριστικά που έμοιαζαν με γνωστές βακτηριακές πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου.

Το αποτέλεσμα τους εξέπληξε: ανακάλυψαν ένα υποψήφιο γονίδιο σχεδόν πανομοιότυπο με το βακτηριακό γονίδιο InaZ. Όταν μετέφεραν αυτό το γονίδιο των μυκήτων σε κύτταρο ζύμης, η ζύμη απέκτησε την ικανότητα να δημιουργεί πάγο. Αυτό επιβεβαίωσε ότι το συγκεκριμένο τμήμα DNA παράγει πράγματι πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου.

Η ανακάλυψη υποδηλώνει ότι κάποια στιγμή στο παρελθόν, πιθανώς πριν από εκατομμύρια χρόνια, ένας πρόγονος μύκητας απέκτησε το γονίδιο από βακτηριακούς γείτονές του μέσω οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων, και στη συνέχεια το ενσωμάτωσε στο δικό του γενετικό υλικό.

Πώς οι μύκητες επηρεάζουν τον καιρό και τη βροχόπτωση

Το πιο συναρπαστικό στοιχείο αυτών των μυκήτων που παράγουν πάγο είναι ότι μπορούν να επηρεάσουν τον καιρό, λειτουργώντας ως σπόροι για τη δημιουργία βροχής στα σύννεφα. Βακτήρια που σχηματίζουν πάγο, όπως το Pseudomonas syringae, αποτελούν γνωστό μέρος του υδρολογικού κύκλου και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στις κατακρημνίσεις.

Τα βακτήρια αυτά μεταφέρονται στα σύννεφα από τον άνεμο ή την εξάτμιση, όπου η ικανότητά τους να δημιουργούν πυρήνες πάγου παράγει μικροσκοπικούς κρυστάλλους που τελικά μεγαλώνουν αρκετά για να πέσουν ως βροχή ή χιόνι. Φαίνεται πιθανό ότι οι πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου που εκκρίνουν οι μύκητες ακολουθούν παρόμοια διαδικασία.

Επειδή ένας μόνο μύκητας μπορεί να εκκρίνει πολλές πρωτεΐνες, με κάθε μία να λειτουργεί ως ξεχωριστός πυρήνας πάγου, ενδέχεται να υπάρχουν πολύ περισσότερες στα σύννεφα από ό,τι βακτήρια που προκαλούν βροχή. Αυτό σημαίνει ότι οι μύκητες μπορεί να είναι πιο σημαντικοί από τα βακτήρια στο πώς επηρεάζουν τον καιρό, κάτι που θα μπορούσε να ωφελήσει όχι μόνο τους μύκητες στο έδαφος αλλά ολόκληρο το οικοσύστημα.

Εξελικτικά πλεονεκτήματα και οικολογικοί ρόλοι

Παρόλο που ο μηχανισμός έχει αποκαλυφθεί, παραμένει ασαφές πώς ακριβώς οι μύκητες χρησιμοποιούν αυτή την ικανότητα δημιουργίας πάγου και ποιο εξελικτικό πλεονέκτημα τους προσφέρει. Τα βακτήρια που διαθέτουν πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου συχνά επιτίθενται σε φυτά, όπως το Pseudomonas syringae που 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 της μελέτης προερχόταν από λειχήνα, μια υβριδική αποικία μύκητα και φυκιών που αναπτύσσεται σε βράχους και δέντρα. Οι ερευνητές εικάζουν ότι οι πρωτεΐνες πυρηνοποίησης πάγου μπορεί να επιτρέπουν στον μύκητα να αντλεί νερό από τον αέρα, παρέχοντας έτσι έναν απαραίτητο αλλά σπάνιο πόρο για τη λειχήνα.

Τα πρωινά με υψηλή υγρασία και χαμηλές θερμοκρασίες, οι πρωτεΐνες των μυκήτων μπορούν να προκαλέσουν πάγο στη λειχήνα που στη συνέχεια λιώνει και παρέχει νερό αργότερα την ημέρα.

Πρακτικές εφαρμογές για το μέλλον

Οι νεοανακαλυφθείσες πρωτεΐνες των μυκήτων θα μπορούσαν να αποδειχθούν χρήσιμες και για τον άνθρωπο. Οι επιχειρήσεις σποράς σύννεφων χρησιμοποιούν επί του παρόντος μια τοξική χημική ουσία που ονομάζεται ιωδιούχος άργυρος για να δημιουργήσουν κρυστάλλους πάγου, αλλά αυτή θα μπορούσε να αντικατασταθεί με μια ακίνδυνη οργανική πρωτεΐνη.

Οι πρωτεΐνες αυτές θα μπορούσαν να αποτελέσουν εναλλακτική λύση στον τοξικό ιωδιούχο άργυρο. Εάν οι επιστήμονες καταφέρουν να βρουν τρόπο να τις παράγουν σε μεγάλη κλίμακα, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για φιλικότερες προς το περιβάλλον μεθόδους τροποποίησης του καιρού.

Η έρευνα αυτή ανοίγει νέους ορίζοντες στην κατανόηση του ρόλου που διαδραματίζουν οι μύκητες στο κλίμα και τον καιρό του πλανήτη μας, αποκαλύπτοντας πώς μικροσκοπικοί οργανισμοί μπορούν να έχουν τεράστιο αντίκτυπο στα ατμοσφαιρικά φαινόμενα.