¿Cómo las bacterias producen hielo?

La bacteria notable Pseudomonas syringae  se forma el hielo de agua que de otro modo sería demasiado caliente para congelar. Esta capacidad tiene muchos efectos, tanto beneficiosos como perjudiciales, en nuestro mundo, pero apenas estamos empezando a comprender cómo se realiza esta alquimia. Un artículo publicado en la Ciencia  ha arrojado algo de luz sobre la cuestión.

P. syringae es un patógeno de la planta, que causa la enfermedad en muchos cultivos valiosos. Lo que lo diferencia de la mayoría de otras bacterias, sin embargo, es que produce cristales de hielo en las noches frías cuando la temperatura cae en el -4 -2 ° C (25-28 ° F) Rango. Aunque esto es por debajo del punto de fusión del agua, el hielo no se formará a estas temperaturas sin un punto de nucleación , algo para iniciar el proceso de cristalización.

Daños de las heladas de P. syringae destruye las células vegetales que de otro modo podría haber hecho a través de una noche fría intacta. La industria del esquí, sin embargo, ha puesto una versión comercial de las bacterias a utilizar por nieve artificial. P. syringaelleva a la atmósfera contribuye a la formación de cristales de hielo en las nubes, una función mal entendido que pueden llegar a ser más importante  que cualquier efecto más cerca de tierra.

Mientras que en el Instituto Max Plank para la Investigación de Polímeros,  el Dr. Ravindra Pandey  tomó medidas para explicar el proceso. Parece que P. syringae tiene más de un truco para convertir el agua en hielo.

"El enlace de hidrógeno en el contacto de las bacterias del agua impone ordenamiento estructural de la red de agua adyacente," Pandey y sus co-autores. Los cristales de hielo son muy ordenados. El agua, como un líquido no es, así que pedir es un paso hacia la congelación.

El documento explica que las proteínas de P. syringae usos son tan grandes que han derrotado el pasado intentos de estudiar a través de difracción de rayos X o resonancia magnética nuclear. La espectroscopia autores en lugar utilizado generación de la frecuencia suma (SFG), que combina pulsos de láser infrarrojos y ópticos para estudiar las vibraciones en la interfaz donde bacteria y el agua se encuentran. Los resultados apoyan la teoría de que las proteínas estaban ordenando las moléculas de agua, ayudando a la cristalización.

"A medida que disminuye la temperatura del agua, se observó un aumento progresivo de la intensidad SFG, lo que implica un aumento significativo del orden del agua interfacial y la alineación", informa el documento. Las cosas se veían muy diferente cuando midieron la interacción del agua con superficies que no tienen el mismo efecto que producen hielo.

La proteína Inaz, que la bacteria utiliza para producir el efecto de formación de hielo, se examinó en detalle. Tiene manchas hidrófilas e hidrófobas modelados de tal manera como para producir nucleadores mucho más potente que los equivalentes inanimados tales como características de polvo .

Por último, la alineación molecular de la bacteria produce "puede promover a largo plazo de acoplamiento energético," los informes en papel. Esto transmite de manera eficiente el calor latente  de distancia del sitio de nucleación, promoviendo la formación de pequeños cristales de hielo que luego se expanden para llevar en el agua a su alrededor.

Queda por ver si este conocimiento es útil para los agricultores lucha contra el daño a los cultivos, o los meteorólogos con la esperanza de entender la formación de nubes.