Eis, Eis, Bakterien (nicht zu kalt)

(ISNS) – können Proteine helfen, Zähne und Knochen des Körpers, Pflanzen in den Boden wachsen und sogar Eis in der Atmosphäre. Einige Proteine haben ein unheimliches Talent für Kick Eisbildung bei ungewöhnlichen Temperaturen ab, und sie haben das Interesse der Beschäftigten in Klima, Landwirtschaft und sogar Mountain Ski-Resorts wo Schnee auf Anfrage erstellt wird geweckt. Neue Forschung zeigt nun, wie bakterielle Proteine interagieren mit Wassermolekülen zu Form Eis.

Biotechnologe Tobias Weidner, Führer der Oberfläche Protein-Gruppe am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, Deutschland, die neue Forschung-Autor, geschah, einen Vortrag von einem Klimaforscher über Bakterien Proteine in den Himmel zu hören, die Niederschlagsmuster steuern können. Er war fasziniert – und fand, dass niemand jemals diese Stoffe auf mikroskopischer Ebene angeschaut hatte.

Weidner und seine Kollegen arbeiteten mit Pseudomonas Syringae, eine gemeinsame Bakterium, die Angriffe von Pflanzen durch wachsende Eiskristalle, auch bekannt als Frost- und ermöglicht Pflanzen Infektionen – zu fangen, auch bei über dem Gefrierpunkt Temperaturen.

"Diese Bakterien wie die Fruchtfliegen der bakteriellen Welt," sagte Weidner. "sie reisen mit dem Wind überall auf dem Planeten, wo sie verursachen Landwirtschaft [Pflanzenwachstum] – aber sie sind auch gefunden im Eis in entlegenen Gebieten der Antarktis, wo nichts wachsen kann."

Die Wissenschaftler nahmen Fragmente der Pflanze Bakterien und schuf einen Film über Wasser. Dann gestrahlt sie intensive Laserstrahlen mit kurzen Pulsen von nur 40 Femtosekunden--, die der Höhe der Zeit ist, braucht es Licht zu reisen nur ein ein-Hundertstel Millimeter--über der Probe, die atomare Bewegung der Protein und Wasser-Moleküle zu untersuchen, wie sie das Experiment von lauen Raumtemperatur auf Gefrierpunkt gesunken.

Sie beobachtete, wie die Wassermoleküle super-langsam wurde und übertragen die Energie aus den umliegenden Wasserschichten. Während das gemeinsame im eiskalten Wasser ist, ist es nicht etwas, das passiert mit Protein-Strukturen. Sie nennen diese Proteine Eis Nukleatoren, weil sie dazu führen, dass die Eiskristalle zu bilden um sie herum.

"Das ist etwas nie zuvor mit einem Protein," sagte Weidner – und es könnte nützlich für Kristalle wachsen und das Verständnis, wie Eis bildet in Wolken und Regen verursacht sein. Bei Raumtemperatur handeln Eis Nukleatoren wie normale Proteine.

Weidners neue Forschungsergebnisse präsentierte auf der AVS 60. internationalen Symposium und Ausstellung letzten Monat in Long Beach, Kalifornien.

Das neue Experiment bestätigt, was bisher nur von theoretischen Modellen vorgeschlagen wurde, sagte Tina Santl Temkiv, Post-Doktorand an der stellaren Astrophysik-Zentrum an der Universität Aarhus in Dänemark. Sie war nicht Weidners Forschung beteiligt, aber veröffentlichte Studien zeigen, dass Gewitterwolken Eis Nukleierungsmittel Bakterien beherbergen können.

"Trotz der potenziellen Bedeutung der Eis-Nukleierungsmittel Proteine für die Wolkenbildung, die tatsächliche Rolle der Eis-Nukleierungsmittel Bakterien in der Atmosphäre bleibt ein Rätsel," sagte sie. "Wir müssen mehr über beide den Mechanismus kennen Proteine Einfrieren, sowie über ihre Anzahl und Aktivität in den Wolken verursachen." Temkiv sagte, dass diese Studie beginnt zu zeigen, wie der Prozess funktioniert. "Diese Bakterien sind die effizientesten Eis-Macher in der Welt."

Weidner ist interessiert die Umweltauswirkungen der einzigartigen Fähigkeiten der Proteine in Mitarbeitende Eisbildung unter Niederdruck und anderen atmosphärischen Bedingungen auf die Höhe der Wolken. Er betonte, dass, wenn Partikel von Staub und Ruß in der Atmosphäre vorhanden sind, Eiskristalle bilden können, um sie herum, aber das fängt nur bei Temperaturen um-20 Grad Celsius. Diese Bakterien können Wasser bei Temperaturen viel näher zu den bekannten Nullpunkt Grad Celsius Einfrieren, um-5 Grad gefrieren.

"Wir wollen wissen, was dies für Klimamodelle, bedeuten könnte", sagte Weidner.

Brent Christner, Mikrobiologe an der Louisiana State University in Baton Rouge, der auch Eis-Nukleatoren, Studien zufolge verstehen Wissenschaftler immer noch sehr wenig über die genaue Art und Weise, in denen diese Proteine interagieren mit Wassermolekülen und Unterkühlung Grenze - der Prozess durch die Wasser oder einer anderen Flüssigkeit kann unter den Gefrierpunkt ohne feste fallen. Also scheint das neue Werk in diesem Bereich beitragen. Außerdem sagte er, die Anwendungen für die neuen Bakterien breit sein könnte: "Stoffe, die das Wachstum von Eiskristallen verbessern könnte bieten neue Möglichkeiten für eine Reihe von landwirtschaftlichen, biomedizinische und industrielle Anwendungen."

In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics. Katharine Gammon (@kategammon) ist ein freier Wissenschaftsjournalist mit Sitz in Santa Monica, Kalifornien, und schreibt für eine Vielzahl von Zeitschriften über Technologie, Gesellschaft und Tierwissenschaften.