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Cómo las bacterias más geniales del mundo producen hielo

Hoy en día, los científicos han descubierto cómo las pequeñas bacterias, las máquinas de hielo de la naturaleza, crean cristales de hielo. Llevando el frío, se cree que estos increíbles organismos crean nubes y provocan nieve y lluvia. A pesar de que el nuevo estudio, publicado hoy en la revista Avances en la ciencia, no confirma si se trata de bacterias que producen lluvia, muestra cómo exactamente convierte el agua en hielo.

Bacterias Pseudomonas syringae, han sido equipados para causar frío con proteínas que crean cristales de hielo a temperaturas que normalmente no congelan el agua. P. syringae viven de cultivos, plantas y árboles y usan sus habilidades para fabricar hielo para causar daños por heladas. Los cristales de hielo que producen descomponen los tejidos de las plantas para que las bacterias puedan acceder a los nutrientes de las plantas. Incluso hemos explotado estos organismos para nuestros propios fines: P. syringae se utilizan comúnmente para fabricar nieve artificial en las estaciones de esquí de todo el mundo.

«Es bastante espectacular».

En décadas recientes, P. syringae se encontraron en la atmósfera, así como en la nieve (verdadera) de todo el mundo, desde los Estados Unidos hasta Europa e incluso la Antártida. Se cree ampliamente que sus poderes para producir hielo crean nubes y provocan lluvia. Debido a este papel potencialmente importante en los eventos atmosféricos, P. syringae se han estudiado ampliamente en los últimos años. Pero hasta ahora, los científicos solo podían adivinar cómo las bacterias hicieron que el agua se congelara. El estudio de hoy es el primero en mostrar en un experimento cómo funciona realmente el mecanismo de producción de hielo.

«Nuclean el hielo para atacar las células vegetales. También se utilizan en la fabricación de nieve artificial. Luego, también están involucrados en los procesos climáticos», dice Tobias Weidner, bioingeniero del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros, coautor del estudio. . «Es bastante espectacular».

En el estudio, un equipo internacional de investigadores utilizó un producto comercial llamado Snowmax, un polvo que se usa para fabricar nieve artificial que contiene a los muertos. P. syringae bacterias. Aunque las bacterias no están vivas, todavía tienen la proteína productora de hielo anclada a las paredes celulares externas, por lo que todavía forman hielo. Los investigadores encontraron que cuando P. syringae interactúa con el agua, la proteína mueve las moléculas, ordenándolas en un patrón para la formación de cristales de hielo. Además, las bacterias actuaron casi como un refrigerador, eliminando el calor del agua. Estas observaciones, dicen los investigadores, explican por qué P. jeringuilla es una bacteria tan eficaz para producir hielo.

(Mark Martin / Universidad de Puget Sound)

«La gente está tratando de entender cómo [the bacteria] controlan el núcleo nuclear y han realizado estudios teóricos y computacionales «, dice Weidner.» Y ahora, esta es la primera vez que tenemos datos experimentales que muestran que esto realmente está sucediendo «.

El estudio, por supuesto, tiene limitaciones. De hecho, no utilizó solo datos experimentales; también usó modelos por computadora. Los investigadores observaron cómo interactuaban el agua y las bacterias; Con base en estas observaciones, hicieron una conjetura informada sobre lo que realmente hacían las proteínas de las bacterias productoras de hielo. Boris Vinatzer, fitopatólogo de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Virginia Tech, que estudió P. syringae durante años, dice que este es uno de los principales defectos del estudio. «Sigue siendo una hipótesis, una interpretación de algunas medidas y algunos modelos, pero no hay una observación directa de lo que está sucediendo», dice. «En mi interpretación, esta no es una conclusión firme basada en datos. Es una explicación probable de la observación «. Sin embargo, es interesante, dice Vinatzer, simplemente no es la última palabra.

«Para que llueva, las nubes primero deben formar un cristal de hielo, incluso en el desierto del Sahara».

Cindy Morris, bióloga y ecologista del Instituto Nacional Francés de Investigación Agrícola, que trabajó en P. syringae durante 30 años, criticó el uso de Snowmax por parte de los investigadores. El producto comercial utilizado para hacer nieve artificial no solo contiene bacterias muertas, dice. También en la mezcla hay una variedad de nutrientes que se utilizan para hacer crecer las bacterias antes de que sean «destruidas» por liofilización y tratadas con radiación. Morris dice que hubiera preferido que los investigadores usaran cultivos frescos P. syringae, solo para asegurarse de que ninguna otra sustancia se interponga en el camino de los resultados. «No significa que su estudio no sea válido», dice. «Simplemente habría sido, en términos de microbiología, más limpio». Sin embargo, usar Snowmax podría tener sus ventajas. Otros investigadores tienen fácil acceso al producto y podrían replicar el estudio.

Tanto Morris como Russ Schnell, un científico atmosférico de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, dijeron que aunque el estudio es muy interesante y detallado, no explica si el proceso de fabricación de hielo bacteriano tiene un papel en la creación de cristales de hielo en la atmósfera. y contribuyendo a las lluvias. Y eso es lo que los científicos realmente están deseando saber. Para entender por qué P. syringae se consideran bacterias que producen lluvia, es útil recordar cómo funciona realmente el agua.

El agua pura no se congela a 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius). De hecho, permanece líquido hasta aproximadamente -40 grados Fahrenheit (-40 grados Celsius). Para congelarse a temperaturas más altas, el agua necesita una mancha de polvo, hollín o sal marina, algo que sirve como un centro del que pueden adherirse las moléculas de agua. La mayoría de los científicos creen que P. syringae son arrastrados por el viento de la tierra al cielo. En la atmósfera, estas bacterias productoras de hielo que vuelan a gran altura reducen la temperatura de congelación a aproximadamente 25 a 18 grados Fahrenheit (-4 a -8 grados Celsius) y forman cristales de hielo. Esto crea nubes, que son básicamente aglomeraciones de gotas de agua y cristales de hielo.

El agua pura no se congela a 32 grados Fahrenheit

«Para que llueva, las nubes primero deben formar un cristal de hielo, incluso en el desierto del Sahara», dice Schnell. A medida que los cristales de hielo caen, se convierten en lluvia si hace calor y nieve si hace frío. La teoría de que a las bacterias les gusta P. syringae tienen un papel en causar precipitaciones, sin embargo, nunca se ha demostrado. «Intuitivamente, se siente bien, la evidencia circunstancial dice que sí, pero esa conexión final aún no se ha establecido», dice Schnell. «Pero todos confían en que así será».

El estudio de hoy, desafortunadamente, no es el trabajo que Morris y Schell esperaban ver. «Este artículo nos habla de la física de lo que sucede», dice Morris. «No nos dice más de lo que sabíamos antes sobre el papel de estas bacterias en la precipitación». Schnell agregó que este es un trabajo que la comunidad científica esperaba ver en algún momento. «Habrá más trabajos como este», dice.

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