Wie versteckte Bodenpilze bakterielle DNA „stehlen“, um den Regen zu kontrollieren

Winzige Organismen auf dem Boden – Bakterien und Pilze – verfügen laut einer aktuellen Studie über eine „Superkraft“, die es ihnen ermöglicht, in die Atmosphäre vorzudringen und den Regen niederzureißen.

Um zu verstehen, wie eine Mikrobe einen Sturm kontrollieren kann, müssen wir uns zunächst ansehen, wie Wolken zu Regen werden. Hoch oben in der Atmosphäre gefriert Wasser nicht immer bei 0 °C. Auf Wolkenhöhe sind die Temperaturen normalerweise viel niedriger, aber reines Wasser kann bis zu klirrenden -40 °C flüssig bleiben.

Der meiste Regen beginnt als Eis. In der Atmosphäre sind Wolken voller „unterkühltem“ Wasser – Flüssigkeit, die kälter als gefrierend ist, aber noch nicht zu Eis geworden ist, weil sie nichts hat, woran sie sich festhalten kann.

Damit sich eine Wolke in Regen oder Schnee verwandelt, braucht sie einen „Samen“ – ein winziges Partikel, an dem sich Wassermoleküle festhalten können, damit sie zu Eis kristallisieren und dann als Regen aus den Wolken fallen können. Staub, Ruß und Salz – vom Wind in die Wolken gefegt – können das, aber sie sind nicht besonders gut darin. Normalerweise muss die Temperatur deutlich gesenkt werden, bevor sie ihre Wirkung entfalten können. Hier kommt die Biologie ins Spiel.

Lernen Sie die Eismacher kennen

Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass eisbildende Proteine ​​(INpros) in bestimmten Bakterien wie … vorkommen Pseudomonas syringae. Bakterien wandern von Pflanzenblättern in die Wolken, um Regen auszulösen. Sie nutzen spezielle Proteine, um Wasser bei Temperaturen von bis zu -2°C zum Gefrieren zu bringen.

Die jüngste Entdeckung, die in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, hat jedoch einen neuen Akteur im Klimaspiel enthüllt: Pilz-INpros. Während Bakterien ihre eisbildenden Proteine ​​auf ihrer „Haut“ verstecken, sind Pilze (hauptsächlich Fusarium Und Mortierella) scheiden diese Proteine ​​in den sie umgebenden Boden aus. Aufgrund ihrer Struktur sind diese Pilzproteine ​​wasserlöslich und kleiner als die bakteriellen Proteine ​​und verfügen über eine hohe Eisbildungsaktivität, was sie zu wirksameren Wolkensamen macht.

Es regnen lassen

Dies führt uns zum Biofällungskreislauf. Stellen Sie sich einen Waldboden vor, der mit diesen Pilzen bedeckt ist. Wenn der Wind auffrischt, werden ihre mikroskopisch kleinen eisbildenden Proteine ​​in die Wolken geschleudert. Dort wirken sie als kraftvolle „Samen“.

Selbst in relativ warmen Wolken (über -5°C) können diese Pilzproteine ​​Wasser dazu zwingen, zu Eis zu kristallisieren. Wenn diese Eiskristalle wachsen, werden sie schwer und fallen. Wenn sie durch die wärmere Luft fallen, schmelzen sie und verwandeln sich in Regen.

Dadurch entsteht eine Schleife:

• Pilze wachsen im feuchten Boden eines Waldes
• Proteine ​​der Pilze werden in den Himmel geschwemmt
• Durch diese Proteine ​​wird Regen ausgelöst, der den Wald darunter bewässert
• Durch den Regen wird das Wachstum weiterer Pilze ausgelöst, wodurch der Zyklus von vorne beginnt.

Anders als die Pseudomonas Bakterien, die Eis nutzen, um Pflanzen zu „angreifen“ und zu schädigen, um an ihre Nährstoffe zu gelangen, diese Mortierella Pilze sind friedliche Pflanzenpartner. Sie wollen nicht zerstören. Stattdessen scheiden sie ihre eisbildenden Proteine ​​in den umgebenden Boden aus, der einen Schutzschild vor rauen Bedingungen und eine nährstoffreiche Umgebung zu schaffen scheint, die sowohl dem Pilz als auch der Pflanze beim Gedeihen hilft.

Die neue Entdeckung über Pilze ist aufregend, weil sie zeigt, dass sogar im Boden vergrabene Organismen die Atmosphäre beeinflussen können, was dieser alten Partnerschaft zwischen Leben und Himmel eine neue Dimension verleiht.

Es ist ein fehlendes Teil im Puzzle, wie sich Leben und globales Klima gegenseitig beeinflussen. Diese Fähigkeit zur Eisbildung verschafft den Pilzen wahrscheinlich einen Überlebensvorteil. Mit Eis pumpen sie Feuchtigkeit zu ihren Myzelien (einem riesigen, unterirdischen Netz aus winzigen Pilzfäden), schützen sich vor Frostschäden und trampen durch die Wolken, um neue Behausungen zu erreichen.

Der evolutionäre Überfall

Die neue Forschung deckte auch auf, wie Pilze der Mortierellaceae Familie erlangte die Fähigkeit, Eis herzustellen. Als die Forscher den genetischen Code der Pilze untersuchten, stellten sie fest, dass diese Pilze diese Eigenschaft nicht von selbst entwickelten. Vor Millionen von Jahren haben sie den genetischen Code dafür von Bakterien „geliehen“, und zwar durch einen Prozess namens horizontaler Gentransfer.

Betrachten Sie es als ein biologisches „Kopieren und Einfügen“. Während die meisten Tiere die DNA nur von ihren Eltern erben, können Mikroben Schnipsel des genetischen Codes mit ihren Nachbarn austauschen, was ihnen einen sofortigen evolutionären Fortschritt verschafft.

Allerdings sind diese Pilze bei der Eisbildung viel effizienter als die Bakterien, da der Pilz diese Proteine ​​absondert (ausschwitzt – was bedeutet, dass sie außerhalb der Pilzzelle existieren). Sie können die Umgebung um ihn herum bedecken und im Boden aktiv bleiben, nachdem der Pilz weitergezogen ist. Diese Proteine ​​sind unglaublich widerstandsfähig. Sie können in Bäche gespült werden, zu Staub vertrocknen und vom Wind in den Himmel getragen werden.

Warum das wichtig ist

Diese Entdeckung könnte die Sichtweise der Forscher auf den Naturschutz verändern. Wenn wir einen Wald abholzen, jeden Baum abholzen und das Land kahl lassen, verlieren wir nicht nur Bäume. Wir könnten den biologischen Motor zerstören, der regionale Niederschläge auslöst.

Da wir mit einem sich verändernden Klima und häufigeren Dürren konfrontiert sind, könnte es von entscheidender Bedeutung sein, diese Pilz-INpros zu verstehen. Eines Tages könnten wir diese natürlichen, biologisch abbaubaren Proteine ​​zur „Wolkenaussaat“ nutzen, um Regen zu erzeugen.

Viele Länder (wie die Vereinigten Arabischen Emirate, China und Teile der USA) verfügen bereits über Wolkensaatprogramme, um Pflanzen vor Frost zu schützen. Diese Art der Wolkenbildung basiert jedoch auf Silberjodid – einem Schwermetall, das in der Umwelt verbleiben kann.

Die Pilzproteine ​​bieten eine natürliche, biologisch abbaubare Alternative. Sie könnten Pflanzen auch vor Frost schützen. Indem sie eine frühzeitige und gleichmäßige Eisbildung erzwingen, geben sie einen winzigen Wärmestoß ab, der wie eine Wärmedecke für die Pflanze wirkt.

Wir könnten damit mit weniger Energie Schnee auf Skipisten erzeugen, besser schmeckende Tiefkühlkost herstellen, indem wir verhindern, dass große Eiskristalle die Lebensmittelzellen beschädigen, oder sogar umweltfreundliche Kühlsysteme entwickeln, die nicht auf aggressive chemische Kältemittel angewiesen sind.

Wenn Sie das nächste Mal in einen plötzlichen Regenguss geraten, atmen Sie tief durch. Dieser „Geruch von Regen“ könnte einfach der Geruch dieser kleinen Organismen sein, die den Wolken sagen, dass es Zeit ist, loszulassen.

Diana R. Andrade-Linares, Postdoktorandin für Mikrobielle Ökologie, Universität Limerick

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