Πώς οι μύκητες μπορούν να επηρεάσουν τον καιρό και να προκαλέσουν βροχή

Ορισμένοι μύκητες μπορούν να παράγουν πρωτεΐνες που παγώνουν το νερό, γεγονός που ενδέχεται να τους επιτρέπει να φτάνουν στην ατμόσφαιρα και να πυροδοτούν βροχοπτώσεις. Πλέον, οι επιστήμονες ανακάλυψαν το «μυστικό» πίσω από αυτή τη διαδικασία: ένα γονίδιο που προέρχεται από αρχαία βακτήρια.

Οι ερευνητές γνώριζαν εδώ και καιρό ότι ορισμένα βακτήρια διαθέτουν πρωτεΐνες στις κυτταρικές τους μεμβράνες που τους επιτρέπουν να παγώνουν το νερό σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, περίπου στους -5°C — μια διαδικασία γνωστή ως πυρήνωση πάγου (ice nucleation). Παρόμοια ικανότητα έχουν και κάποια είδη μυκήτων, ωστόσο μέχρι πρόσφατα δεν ήταν σαφές πώς λειτουργεί αυτός ο μηχανισμός σε αυτό το βασίλειο ζωής.

«Θέλαμε απλώς να κατανοήσουμε πώς ακριβώς λειτουργεί αυτό», δήλωσε ο Boris Vinatzer από το Virginia Tech, συν-συγγραφέας της νέας μελέτης, η οποία δημοσιεύθηκε στις 11 Μαρτίου στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances.

Ο Boris Vinatzer και οι συνεργάτες του μελέτησαν τα γονιδιώματα δύο στελεχών μυκήτων από την οικογένεια Mortierellaceae, προκειμένου να εντοπίσουν την πρωτεΐνη που προκαλεί την πυρήνωση πάγου.

Οι ερευνητές είχαν ήδη ορισμένα στοιχεία: γνώριζαν ότι η πρωτεΐνη δεν παραμένει προσκολλημένη στα κύτταρα του μύκητα αλλά εκκρίνεται στο περιβάλλον, καθώς και το περίπου μέγεθός της. Έτσι, αναζήτησαν γονίδια με αυτά τα χαρακτηριστικά που να μοιάζουν με αντίστοιχα βακτηριακά γονίδια πυρήνωσης πάγου.

Προς έκπληξή τους, εντόπισαν έναν υποψήφιο σχεδόν πανομοιότυπο με ένα βακτηριακό γονίδιο που ονομάζεται InaZ. Όταν μετέφεραν αυτό το γονίδιο σε κύτταρο ζύμης, η ζύμη απέκτησε επίσης την ικανότητα να σχηματίζει πάγο.

«Επιβεβαιώσαμε ότι το συγκεκριμένο τμήμα DNA πράγματι παράγει πρωτεΐνες πυρήνωσης πάγου», δήλωσε ο Vinatzer.

Το εύρημα αυτό υποδηλώνει ότι, κάποια στιγμή στο μακρινό παρελθόν — πιθανώς πριν από εκατομμύρια χρόνια — ένας πρόγονος των μυκήτων απέκτησε το γονίδιο αυτό από βακτήρια του περιβάλλοντός του, μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως οριζόντια μεταφορά γονιδίων, και στη συνέχεια το ενσωμάτωσε στη δική του βιολογία.

Παραμένει ασαφές πώς ακριβώς αξιοποιούν οι μύκητες αυτή την ικανότητα δημιουργίας πάγου και ποιο εξελικτικό πλεονέκτημα τους προσφέρει. «Προς το παρόν, δεν έχουμε πραγματικά ιδέα», δήλωσε ο Boris Vinatzer.

Αντίθετα, στα βακτήρια που διαθέτουν πρωτεΐνες πυρήνωσης πάγου, η λειτουργία τους είναι πιο κατανοητή. Πολλά από αυτά είναι παθογόνα φυτών, όπως το Pseudomonas syringae, το οποίο προσβάλλει καλλιέργειες όπως το καλαμπόκι. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι τα βακτήρια χρησιμοποιούν αυτές τις πρωτεΐνες για να προκαλούν ζημιές στους φυτικούς ιστούς, διευκολύνοντας έτσι την απελευθέρωση θρεπτικών ουσιών ή την είσοδό τους στο φυτό.

Ένας από τους μύκητες που μελετήθηκαν προερχόταν από λειχήνες — έναν συμβιωτικό οργανισμό που αποτελείται από μύκητα και φύκη και αναπτύσσεται πάνω σε βράχους και δέντρα. Ο Vinatzer εκτιμά ότι οι πρωτεΐνες πυρήνωσης πάγου ίσως επιτρέπουν στον μύκητα να αντλεί υγρασία από την ατμόσφαιρα, προσφέροντας έτσι έναν πολύτιμο πόρο σε περιβάλλοντα όπου το νερό είναι περιορισμένο.

«Τα πρωινά με υψηλή υγρασία και χαμηλές θερμοκρασίες, οι πρωτεΐνες των μυκήτων μπορούν να προκαλέσουν παγετό πάνω στη λειχήνα, ο οποίος στη συνέχεια λιώνει και παρέχει νερό αργότερα μέσα στην ημέρα», εξηγεί ο Boris Vinatzer.

Ωστόσο, το πιο εντυπωσιακό στοιχείο είναι ότι τόσο τα βακτήρια όσο και οι μύκητες που σχηματίζουν πάγο ενδέχεται να επηρεάζουν ακόμη και τον καιρό, «σπέρνοντας» τα σύννεφα και προκαλώντας βροχή.

Βακτήρια όπως το Pseudomonas syringae είναι ήδη γνωστό ότι συμμετέχουν στον κύκλο του νερού και παίζουν σημαντικό ρόλο στις κατακρημνίσεις. Μεταφέρονται στην ατμόσφαιρα μέσω του ανέμου ή της εξάτμισης και, όταν φτάνουν στα σύννεφα, η ικανότητά τους να σχηματίζουν πάγο δημιουργεί μικροσκοπικούς κρυστάλλους. Αυτοί μεγαλώνουν σταδιακά μέχρι να γίνουν αρκετά βαρείς ώστε να πέσουν στη Γη ως βροχή ή χιόνι.

Σύμφωνα με τον Vinatzer, είναι πολύ πιθανό ότι οι πρωτεΐνες πυρήνωσης πάγου που εκκρίνουν οι μύκητες ακολουθούν μια παρόμοια διαδικασία, επηρεάζοντας έτσι —έστω και έμμεσα— τα καιρικά φαινόμενα.

Επειδή ένας και μόνος μύκητας μπορεί να εκκρίνει μεγάλο αριθμό τέτοιων πρωτεϊνών —καθεμία από τις οποίες λειτουργεί ως ξεχωριστός «πυρήνας» πάγου— είναι πιθανό να υπάρχουν πολύ περισσότερες από αυτές στα σύννεφα σε σύγκριση με τα βακτήρια που προκαλούν βροχή. «Αυτό υποδηλώνει ότι οι μύκητες μπορεί να είναι τελικά πιο σημαντικοί από τα βακτήρια στην επιρροή του καιρού», σημειώνει ο Boris Vinatzer, κάτι που θα μπορούσε να ωφελεί όχι μόνο τους ίδιους αλλά και ολόκληρα οικοσυστήματα.

Παράλληλα, οι πρόσφατα ανακαλυφθείσες αυτές πρωτεΐνες ενδέχεται να έχουν και πρακτικές εφαρμογές για τον άνθρωπο. Σήμερα, οι τεχνικές «σποράς νεφών» (cloud seeding) βασίζονται συχνά σε μια δυνητικά τοξική ουσία, το ιωδιούχο άργυρο. Ωστόσο, οι επιστήμονες εξετάζουν το ενδεχόμενο να αντικατασταθεί από αυτές τις φυσικές, οργανικές πρωτεΐνες.

«Οι πρωτεΐνες αυτές θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια εναλλακτική λύση στο τοξικό ιωδιούχο άργυρο», επισημαίνει ο Vinatzer. «Αν καταφέρουμε να τις παράγουμε, γιατί να μην τις χρησιμοποιήσουμε;».