Bizarre Eis-bildende Bakterien Secrets Revealed

Bakterien, die überall von der unteren Atmosphäre in den Amazonasregenwald gefunden Form Eis können helfen, durch Manipulation der Kräfte zwischen den Wassermolekülen, schlägt neue Forschung.

Das Bakterium Pseudomonas Syringae, verwenden spezielle Proteine, abwechselnd abzuwehren und Wassermoleküle, zerquetschen die H20 Moleküle in hoher und niedriger Dichte Flecken zu gewinnen. Diese uneinheitliche Organisation Art "die Wassermoleküle verwirrt", dass sie bei viel höheren Temperaturen und unter anderen Bedingungen nicht normalerweise zugänglich Einfrieren Eis bilden, fanden die Forscher.

Die neue Studie ist die erste experimentelle Daten zu erklären, diese bizarre Bakterien einzigartige Fähigkeiten, sagte Studie Co-Autor Tobias Weidner, Physiker am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, Deutschland. "Wir zeigen deutlich, dass diese Proteine interagieren können mit Wasser Eis Wachstum zu fördern."

Eismaschinen

P. Syringae ist eines der am meisten weit verstreuten Spezies auf dem Planeten überall aus dem Boden bis zu den Wolken in der Troposphäre, die untere Schicht der Atmosphäre gefunden. Ski-Resorts nutzen die Bakterien, um Kunstschnee zu produzieren, wenn das Wetter mitmacht, wird nicht. Die Bakterien erzeugen auch Frostschäden auf Gemüse. [Infografik: der Erdatmosphäre, von oben nach unten]

"Wenn Sie diese Frostschäden haben, erleichtert diese Pflanzen eindringen und ernähren sich von ihnen," sagte Weidner Live Science.

Diese allgegenwärtigen Mikroben können jedoch auch für weitreichende Auswirkungen vergleichbar mit der bekannten Konzept der "Butterfly Effect", die einen Schmetterling mit den Flügeln in Brasilien einen Tornado in Texas verursacht vorstellt. Forscher haben überraschend große Mengen an die Mikroben aus dem Amazonas-Regenwald gemessen, und die Bakterien zu trampen, Fahrten auf Luftströmungen aus dem Nahen Osten in die Antarktis, wo sie Regen fallen verursachen verfolgt haben.

"Im Grunde gäbe es etwas wie planetare Koevolution," sagte Weidner. "Amazonas emittiert riesige Mengen dieser Eis-Nukleierungsmittel Bakterien, und Reisen sie an einen anderen Ort, wo sie Niederschlag, anrichten, jetzt diese Niederschläge Pflanzen auf einem ganz anderen Kontinent wachsen kann."

Umgekehrt, Amazonas-Regenwald abholzen eine Reduzierung in diesen Eis-Nukleierungsmittel Bakterien verursachen könnten, die Trockenheit an anderer Stelle verursachen könnte, sagte er.

Keine hohen Temperaturen Eis

In dem Buch von Kurt Vonnegut "Cat's Cradle" ist die Welt zerstört, wenn Wissenschaftler eine Möglichkeit entdecken, Wasser bei Raumtemperatur, eine Substanz namens Eis-neun solide machen. Zum Glück, p. Syringae haben nicht ganz die Zerstörungskraft der Eis-Nine, da die Bakterien nie führen könnte Einfrieren an einem Ort so heiß wie die Sahara-Wüste, zum Beispiel.

"Diese Proteine sie Thermodynamik nicht schlagen kannst," sagte Weidner.

Vielmehr, p. Syringae Wassertropfen schubsen kann hoch in die Atmosphäre, wo Temperaturen bis minus 40 Grad Fahrenheit (minus 40 Grad Celsius), dip, um es zu realisieren kalt genug ist, um ins Eis zu verschmelzen, wenn sie sonst nicht, sagte Weidner.

Einzigartigen Fähigkeiten

Um zu verstehen, wie p. Syringae ihre frostigen Aufgaben zu erreichen, verwendete das Team eine Technik namens Spektroskopie, um die Schwingungen der bakteriellen und Wasser-Moleküle zu analysieren. Die Technik kann aufzeigen, welche Moleküle in einer Probe vorhanden sind, sowie, wie sie angeordnet sind, sagte Weidner.

Mit dieser Methode, stellten die Wissenschaftler, dass die Wassermoleküle in Kontakt mit p. Syringae selbst in eine geordnete Struktur als die Temperatur abgesenkt, angeordnet während der Bestellung Wirkung nicht mit anderen Bakterienarten auftraten. Das führte Forscher vermuten, dass die Bestellung zum Einfrieren der Bakterien Fähigkeiten beigetragen. [Die überraschend merkwürdige Physik des Wassers: 9 ungerade Funktionen]

Aber was genau war die Ursache dieser Änderung? Um diese Frage zu beantworten, Weidner und Kollegen unterschiedliche Teile der Bakterien isoliert und identifiziert bestimmte Proteine an der Bakterienwand, die dazu führen, dass Wassermoleküle squish zusammen oder auseinander ziehen schien verankert. Taschen mit hoher und niedriger Dichte, die in das Wasser rund um die Bakterien geschaffen.

Diese Art der Neuordnung war genau das richtige für Wasser-Moleküle in das kristalline Muster von festem Eis Morph stieß, spekuliert die Forscher. Das Team fand auch, dass die Bakterien Wärme aus den umliegenden Wassermoleküle, so dass das Wasser kälter ziehen konnte.

Die neuen Erkenntnisse Implikationen für atmosphärische Chemiker haben könnte, die verstehen, Regen und Eis Bildung auf der ganzen Welt wollen, sagte Weidner.

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