Fiecare picătură de ploaie începe cu o mică zguduire. Apa pură dintr-un nor nu va îngheța singură până la minus 46 de grade Celsius, o temperatură la care majoritatea norilor nu o ating niciodată. Apa are nevoie de sprijin. Ai nevoie de o suprafață pe care moleculele să se poată agăța și să înceapă să se cristalizeze. Până în martie 2026, niciun model științific al formării ploii nu a luat în considerare principalele surse ale acestor „indicii” – ciuperci care cresc în sol de pe toate continentele.
Studiul, publicat în revista Science Advances, a identificat proteinele din ciupercile comune ale solului care provoacă înghețarea apei la minus 5,6 grade Celsius. Aceasta este aceeași temperatură la care aeronavele pulverizează iodură de argint pentru a induce artificial precipitații. Ciupercile în cauză aparțin familiei Mortierellaceae. Ele cresc în pământ de grădină, câmpuri agricole, podele de pădure și tundră arctică de pe fiecare continent locuit. Nu sunt rare, nu sunt exotice și nu sunt legate de niciun climat.
Bacteriile capabile să provoace înghețarea apei sunt cunoscute de zeci de ani. Ciupercile, care eliberează zilnic miliarde de spori în aer, erau considerate inofensive în acest sens. Sa dovedit – nu.
Proteina secretată de ciupercă are forma unei spirale mici, rigide, de aproximativ o zece miimi din lățimea unui păr uman. În exteriorul acestei spirale se repetă modele chimice care captează moleculele de apă și le forțează să adopte aceeași formă geometrică ca gheața.
Când trei astfel de spirale se reunesc în apă, sarcinile electrice opuse de pe suprafețele lor le atrag una spre alta – ca polii nord și sud ai doi magneți. Trei spirale conectate între ele creează o suprafață suficient de mare pentru a îngheța apa la minus 7,5 grade Celsius. Patru spirale – la minus 5,9 grade. Cinci spirale – la minus 5,6 grade, ceea ce corespunde eficacității iodurii de argint, pe care companiile de însămânțare a norilor o pulverizează din avioane cu bani guvernamentali.
Bacterial proteins must be attached to the cell membrane to freeze water. Membrana acționează ca o placă de circuit, menținând sute de proteine individuale plate și organizate, astfel încât suprafața lor combinată să fie suficient de mare pentru a declanșa înghețarea. Separate proteins from the membrane and their effectiveness drops sharply.
Proteinele din ciuperci nu au nevoie de o placă de circuit. Ciuperca le eliberează direct în mediu ca molecule libere dizolvate. Cercetătorii au spălat mostre din două specii de ciuperci din familia Mortierellaceae în apă curată și au trecut această apă prin filtre din ce în ce mai fine. Cel mai subțire filtru avea găuri suficient de mici pentru a prinde celule întregi, fragmente de celule și bucăți de membrană. Activitatea de inițiere a gheții a trecut prin fiecare filtru complet intactă. Veverițele erau singure, nu erau atașate de nimic și încă lucrau.
Aceste proteine rămân active după ce sunt înmuiate în lichide cu aciditatea acidului gastric și alcalinitatea soluției de curățare a scurgerilor. Majoritatea proteinelor sunt distruse cu mult înainte ca oricare dintre aceste extreme să fie atinsă. Proteinele fungice de gheață și-au menținut funcția în toată această gamă. De asemenea, supraviețuiesc înghețurilor și decongelării repetate și rămân active chiar și atunci când sunt diluate la concentrații care pot fi detectate doar de echipamente speciale de laborator.
Secretul este în structură. Fiecare lanț proteic conține opt legături chimice formate între atomii de sulf în anumite puncte. Aceste legături acționează ca cleme interne, ținând rigidă forma proteinei chiar și în condiții care ar distruge majoritatea moleculelor biologice.
Gena responsabilă cu producerea proteinei se numește InaZ. Se găsește în interiorul bacteriilor din genul Pseudomonas. Pseudomonas syringae folosește această proteină pentru a îngheța apa în interiorul celulelor culturilor, deschizându-le astfel încât bacteriile să se poată hrăni cu conținutul scurs. Aceasta este aceeași genă care este responsabilă pentru daunele cauzate de îngheț în fermele din întreaga lume.
Când cercetătorii au secvențiat hărțile genetice complete ale ciupercilor Mortierella alpina și Entomortierella parvispora, au găsit copii aproape identice ale aceleiași gene bacteriene în ADN-ul fungic. Copiile fungice se potrivesc cu aproximativ 58 la sută din secvența genei bacteriene în general și aproape 100 la sută în regiunea specifică responsabilă de legarea de gheață.
La un moment dat în istoria antică, un strămoș al ciupercilor Mortierellaceae de astăzi a preluat o genă bacteriană InaZ funcțională direct – nu prin reproducere normală, ci printr-un proces numit transfer de gene orizontale, în care un organism absoarbe ADN funcțional de la o specie complet neînrudită. Ciupercile l-au conservat, l-au modificat de-a lungul a milioane de ani și, în cele din urmă, au creat o versiune care funcționează fără membrana necesară bacteriilor.
Fiecare model atmosferic folosit pentru a estima cât de mult material biologic plantează nori cu gheață tratează ciupercile ca furnizori de particule mari, relativ ineficiente, care funcționează doar la temperaturi sub minus 8 grade Celsius. Proteinele Mortierellaceae funcționează la minus 5,6 până la 7,5 grade Celsius, același interval de temperatură pe care aceste modele îl atribuie deja bacteriilor. Și călătoresc prin atmosferă ca molecule minuscule dizolvate, suficient de mici pentru a trece printr-un filtru care prinde celule întregi.
Măsurătorile pe terenuri agricole din Nottingham au înregistrat anterior zeci de mii de spori fungici pe metru cub de aer în timpul sezonului de vârf. Dar aceste numărări au urmărit doar spori întregi, nu proteine dizolvate mult mai mici. Cantitatea totală de proteine de gheață Mortierellaceae care ating înălțimi de formare a norilor peste orice regiune a Pământului nu a fost niciodată măsurată.
Trei specii de ciuperci au fost deja confirmate ca producători ai acestor proteine. Douăsprezece specii suplimentare din aceeași familie poartă aceeași genă bacteriană transferată în genomii lor secvenționați. Și acesta este doar începutul. Meteorologii construiesc modele de precipitații de zeci de ani, fără să știe că solul de sub picioarele lor – prin locuitorii săi invizibili – este implicat activ în formarea ploii. Acum că mecanismul a fost descoperit, trebuie să recalculăm câtă umiditate cade de fapt din cer și de ce.
