Kategóriák Természet

Kiderült hogyan módosítják biológiai folyamatok a jegesedést

A víz valójában nem mindig nulla Celsius fokon fagy meg, ezért rengeteg különböző területen jelenthet előnyöket annak az ismerete, hogy milyen tényezők határozzák meg a fagyást.

A Utah Egyetem új felmérése szerint a természet számára több lehetőség is a rendelkezésre áll a jég képződés módosítására, például különböző baktériumok és rovarok által kiválasztott fehérjék segíthetik elő vagy éppen nehezíthetik meg a jégtakaró létrejöttét. A kutatás eredményeinek az időjárás pontosabb megértésében, illetve például a sípályák hótakarójának fenntartásában is szerepe lehet majd a jövőben.

Az eredményekben már meghatározták, hogy a baktériumok milyen hőmérséklet mellett kezdenek kiválasztani olyan fehérjéket, melyek elősegítik az összefüggő hótakaró létrejöttét, illetve, hogy mikor termelnek fagyásgátló fehérjéket – amelyek egy bizonyos hőmérséklet alatt már igen rossz hatásfokúak.

Már hosszú ideje lehetett tudni, hogy az élőlények szeretnek beleszólni az eljegesedésbe. A rovaroknak, a halaknak és egyes növényeknek is megvan a saját jegesedés gátló fehérjéi, ami segít nekik túlélni a téli fagypont alatti időszakokat. Továbbá egyes kórokozók – például a Pseudomonas syringae – direkt olyan fehérjéket hoz létre, amik elősegítik a fagyást, ezzel megsértve és legyengítve a növényeket, még mielőtt megtámadnák őket.

Visszatérve a vízhez és a fagyás folyamatához; a teljesen tiszta víz nem fagy meg -35 C° felett. Ahhoz hogy ennél magasabb hőmérsékleten is meginduljon a fagyás valamilyen szennyező anyagra van szükség, ami kibillenti a víz molekulákat a helyzetükből és megindítja a jég kristályszerkezetének kialakulását. A jegesítő fehérjék úgy jönnek a képbe, hogy a fagyás kezdeti szakaszában a képződött jég kristályokhoz kapcsolódnak ezzel lecsökkentve a további fagyás energiaszükségletét. Egyes fehérjék annyira hatékonyak, hogy akár már -2 C°-os kiválhatják a fagyást és egyes fajtáikat már forgalomba is helyezték, hogy felhasználásukkal megkönnyebbítsék a sípályák havának fenntartását és esetenként a pótlását is.

Ezzel szemben a jegesedésgátló fehérjék, hasonlóan a kezdeti jégkristályokhoz kapcsolódnak, viszont eltorzítják a keletkező kristályok felületét, ezzel lényegesen megnehezítve a fagyás folytatódását, amihez így sokkal alacsonyabb hőmérsékletre van szükség.

A két fajta fehérje létezése eddig sem volt ismeretlen, viszont eddig csak keveset lehetett tudni arról, hogy a fehérjék csoportosulása és mérete milyen szerepet játszik a folyamatban. Ezekre a kérdésekre igyekszik választ adni az új tanulmány. Ehhez pedig molekuláris szimulációkat végeztek, hogy megállapítsák a különböző fehérjék hogyan is reagálnak a víz molekulákra különböző hőmérsékletek mellett. Az eredmények szerint az alapvető mechanizmus, amivel a fehérjék a jég molekulákhoz kötődik, mindkét fajta fehérje esetében rendkívül hasonló, viszont a működésbeli különbségeiket, a méretük és a csoportosulásuk közötti eltérés eredményezi – minél nagyobb egy fehérje, annál inkább gátolja a fagyást és minél jobban csoportosul annál inkább segíti azt.

Az eredmények szerint a jegesedésgátló fehérjék hatására csak valamivel -35 C° felett indult meg a jegesedés, ami egybevág a kísérleti adatokkal is. További szimulációk szerint pedig 35 bakteriális fehérje közreműködése segít a jegesedés könnyebb előidézésében. A kutatók szerint ezek az alapvető ismeretek már elegek lehetnek ahhoz, hogy saját egyedi szintetikus fehérjéket hozzanak létre a kíván hőmérséklethez igazítva.

Ezen felül a felfedezésnek az időjárás tekintetében is jelentős szerepe lehet majd a jövőben, mivel a havazás megindulásánál is egyfajta jégképzés történik, amíg a különálló kristályok el nem érnek egy bizonyos méretet, amikor is elkezdenek kicsapódni és lehullani. Magasan fekvő területeken a korom és a por is elindíthatja ezt a folyamatot, viszont alacsonyan fekvő területeken nem a por, hanem baktériumok is kiválthatják a folyamatot. Emiatt fontos tudnunk, hogy ezek a baktériumok, hogyan reagálnak a különböző hőmérsékletekre, mivel ezzel jobban előrejelezhető lehet a felmelegedésnek vagy a lehűlésnek a havazás esélyére gyakorolt hatása és ezt hogyan befolyásolhatja majd a globális klímaváltozás a jövőben.

A jelenlegi klímamodellekben a csapat szerint ezért még nem is vették figyelembe ezeket a tényezőket, pedig a hónak komoly szerepe van egy adott terület hőmérsékletének a meghatározásában.

Forrás: pubs.acs.org

Megosztás
Írta:
arsratio

Legutóbbi tartalom

Az intenzív agyi aktivitás miatt álmosodunk el

Egy új zebrahalakon végzett kutatás szerint a nap során végzett agyi aktivitás intenzitása és nem pedig az ébren töltött idő…

2019-09-19 4:34 du.

Idegek és izmok hajtotta hibrid biorobotot fejlesztettek ki

Kutatók olyan puha robotokat fejlesztettek ki, melyek fénnyel irányított neuromuszkuláris szövetek segítségével mozognak. A projekt még 2014-ben indult, amikor is…

2019-09-19 4:25 du.

Új cetfajt fedeztek fel a japán Hokaido partvidékén

A japán és az amerikai Nemzeti Természettudományi Múzeum, a Hokaido Egyetem és az Iwate Egyetem közreműködésével új csőröscet fajt fedeztek…

2019-09-09 2:16 du.

Egy új technológiával veszteség nélkül raktározhatók és szabadíthatók fel a hullámok

A fény- és a hanghullámok a mai technológiában az energia- és jelátvitel alapjait képezik. Azonban eddig nem rendelkeztünk olyan módszerrel,…

2019-09-09 2:13 du.

Egy új kémiai reaktorral üzemanyaggá alakítható a levegőben lévő széndioxid

A Rice Egyetem tudósai egy új katalizátor reaktort fejlesztettek ki, aminek segítségével újrahasznosíthatóak a hangyasav előállítása során felszabaduló üvegházhatást okozó…

2019-09-09 2:08 du.

Az ősi óceánok oxigénszintjének csökkenése vezetett a rejtélyes tömeges kihaláshoz

420 millió évvel ezelőtt - a szilur földtörténeti időszakban - egy hatalmas tömeges kihalás zajlott, ami a tengeri állatok 23…

2019-09-05 8:26 du.

Ez a weboldal cookie-kat használ.