这是一种真菌蛋白

　　冰的形成过程比你想象的要有趣得多。尽管经过了几十年的科学研究，这个自然界中最常见的基本物理过程仍然有些神秘。

　　现在，犹他大学与德国马克斯普朗克聚合物研究所和爱达荷州博伊西州立大学联合进行的一项新研究，为生物制剂在冰形成中的作用提供了新的视角——生物制剂是由真菌产生的。

　　与我们在学校学到的相反，水不一定会在0摄氏度(32华氏度)结冰，因为相变中固有的能量势垒。

　　完全纯净的水只有在冷却至零下46摄氏度时才会结冰。水分子需要粒子在其上形成晶体，从而形成冰，这一过程被称为成核。生物已经进化出各种控制冰形成的方法，以适应在寒冷环境中生存。

　　因此，最有效的冰核粒子是生物起源的，产生于细菌和真菌，甚至昆虫，但“生物冰核”的分子基础和精确机制尚未得到很好的理解。

　　犹他大学理学院的理论化学家瓦莱里娅·莫林内罗(Valeria Molinero)站在了解开这个谜团的最前沿，这对我们更好地理解生命如何影响降水和气候具有潜在的意义。

　　在她共同领导的一项新研究中，一个国际研究小组探索了真菌冰核的特征和特性，揭示了它们是由小蛋白质亚基组成的，在促进和抑制冰生长方面发挥作用。

　　“它们是被排泄到环境中的蛋白质，这些颗粒对冰核非常有效，”该大学亨利·埃灵理论化学中心主任莫利纳罗说。“但这种生物从这些冰核能力中受益的方式尚不清楚，它并不存在于这种生物的所有可能变体中。我们不知道它们为什么会结冰，也不知道它们是否有优势。”

　　这个多学科研究小组专注于一种名为镰刀菌(Fusarium acuminatum)的真菌，发现它能产生超微小的蛋白质，并聚集成更大的颗粒。他们的研究结果发表在本周的《美国国家科学院院刊》上。

　　据该研究的第一作者Konrad Meister称，除了真菌之外，在其他生物中也发现了从较小的构建块形成较大聚集体的机制。

　　博伊西州立大学的化学教授迈斯特说:“尽管如此，我们还是对真菌蛋白质构建块的小尺寸和它们的效率感到惊讶。”“例如，来自其他生物的其他已知的、同样有效的制冰蛋白质，比它们大25倍。”

　　细菌和真菌蛋白质可以在零下10到零下2度的温度下刺激冰的形成。一些细菌在造冰方面非常有效，以至于它们被用于滑雪场用来造雪的产品中。

　　Molinero对这么多不同种类的生物进化出类似的冰核能力很感兴趣，她最初将这篇论文命名为“E pluribus unum”，意思是“来自许多，一个”，但该杂志坚持他们放弃拉丁语。

　　“如果你看一下可以形成冰核的王国，就会发现昆虫、地衣、细菌和真菌。所有这些似乎都是独立进化而来的，是非常强大的冰核。”“自然界中所有非常有效的冰核似乎都是由蛋白质完成的，尽管单个冰核蛋白质的大小在生物体之间差异很大。”

　　根据这项研究，冰核的生态优势及其在云形成和降水中的作用尚未完全了解，并且在我们对气候与生命之间相互作用的掌握中构成了重大差距。这项研究可以提高食品冷冻过程、造雪和人工降雨的效率。

　　然而，随着研究小组的发现，出现了更多的问题，比如这些蛋白质为什么以及如何聚集。

　　Molinero说:“另一个问题是，它们是故意这样做的，还是它们只是为其他东西生产了一种蛋白质，但它具有这种特性。”

　　解决这些基本问题需要团队合作，将化学、生物物理学和生物学各个领域的专家聚集在一起。

　　“这是一个积极的信息。解决生物控制冰形成的难题促使科学家合作，”Molinero说。“我们每个人都有一部分知识，但我们可以一起做很多事情。这很有趣。”

　　更多信息:Ralph schwiddetzky等人，无细胞蛋白的功能聚集使真菌冰核，美国国家科学院院刊(2023)。DOI: 10.1073 / pnas.2303243120

　　犹他大学提供

　　引文:形成冰:有一种真菌蛋白(2023,11月13日)，2023年11月13日从https://phys.org/news/2023-11-ice-fungal-protein.html检索

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