Si bien puede ser la razón por la que los neumáticos patinan, las tuberías revientan y las carreteras se cierran, lo que hace que el tráfico sea una pesadilla, hielo No siempre se forma tan fácilmente como parece. A menudo recibe ayuda de proteínas producidas por hongos.
No importa la idea común de que el hielo se forma a 0°C (32°F). Aunque este es el punto de congelación del agua, el agua pura sólo se congelará cuando las temperaturas bajen de 46° C (menos 50,8° F). Entonces, ¿por qué suele congelarse en cero? Organismos como bacterias, insectos y hongos producen proteínas conocidas como nucleadores de hielo (Los nucleadores no proteicos también pueden ser de origen abiótico). Estas proteínas pueden iniciar la formación, o nucleaciónde hielo a temperaturas superiores a las del agua pura se congelaría.
Si bien se desconoce la razón exacta por la que los hongos producen estas proteínas, los investigadores Valeria Molinero de la Universidad de Utah y Konrad Meister de la Universidad Estatal de Boise realizaron un estudio que reveló más sobre cómo los nucleadores de hielo de hongos pueden promover y prevenir la formación de hielo de manera más eficiente que esos. de muchas otras formas de vida.
Llegando al núcleo
Los organismos capaces de producir nucleadores de hielo pertenecen a diferentes reinos biológicos, pero se cree que han desarrollado la misma capacidad de forma independiente, un fenómeno conocido como evolución convergente. Los nucleadores de hielo de hongos eran un enigma hasta que Molinero, Meister y su equipo estudiaron los nucleadores producidos por el hongo. Fusarium acuminado
“Encontramos actividades de fijación y formación de hielo de fusarium [ice nucleators]lo que sugiere una conexión potencial entre el crecimiento del hielo y la inhibición”, dijeron los científicos en un estudio publicado recientemente en PNAS.
Los nucleadores de hielo ayudan a congelar el agua mediante una nucleación rápida, que es el proceso mediante el cual las moléculas de agua comienzan a formar cristales de hielo. Formar un cristal significa moléculas de H.dosDeben alinearse en orientaciones específicas para formar una estructura de red rígida. Esto comienza como un pequeño grupo de moléculas en red, un «núcleo» en agua líquida. Si este núcleo es lo suficientemente grande, se agregarán más moléculas de agua hasta que se forme un cristal de hielo.
Esto es difícil de lograr para el agua pura por sí sola porque el movimiento de sus moléculas dificulta la formación de un núcleo. Las proteínas nucleantes del hielo ayudan a que las moléculas de agua se agreguen en un núcleo. Algunos nucleadores bacterianos son tan efectivos que las bacterias que los producen se utilizan para fabricar nieve en estaciones de esquí.
Congelado en el misterio
fusarium Los nucleadores también son muy eficientes y eficaces. El equipo de Meister y Molinero descubrió que estas proteínas fúngicas son mucho más pequeñas que muchas de las sintetizadas por bacterias y otros organismos, y un gran número de ellas se unen en estructuras complejas que ayudan a nuclear el hielo. Incluso cuando los niveles de fusarium Aunque las proteínas se redujeron en el laboratorio, aún podrían desencadenar el proceso de nucleación.
Los científicos tienen una hipótesis sobre por qué fusarium y algunos otros organismos han desarrollado moléculas tan pequeñas que se agregan de manera tan eficiente: “Esperamos que el beneficio energético para el organismo al producir proteínas más pequeñas, en lugar de una sola grande, contribuya al éxito y la adopción de [this] estrategia entre especies que no están relacionadas con la evolución”, dijeron en el mismo para estudiar.
Otra pregunta, cuya respuesta aún no se ha cristalizado, es por qué los hongos utilizan nucleadores de hielo. Queda por investigar si están destinados a promover la formación de hielo o si es un efecto secundario incidental de otro beneficio que brindan al hongo.
Pero criaturas como ranas podría darnos una pista. Muchas especies de ranas tienen un anticongelante natural que las mantiene vivas mientras caen en un estado de letargo durante los meses más fríos. No es raro que acaben cubiertos de hielo, pero los nucleadores de hielo producidos en sus células les ayudan a controlar dónde se forma el hielo, manteniéndolos vivos (junto con un anticongelante elaborado a partir de urea y glucosa). Algunas especies también ingieren bacterias que ayudan en el proceso. ¿Podrían los nucleadores de hielo en los hongos ser parte de un sistema anticongelante similar? A estas alturas nadie lo sabe.
A medida que se desmitifican más los nucleadores de hielo biológicos y abióticos, eventualmente podrían usarse para métodos más eficientes de congelar alimentos, producir nieve, creando nubesy posiblemente la congelación criogénica de células humanas, que recientemente ha sido Exitoso. El futuro está congelado.
PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2303243120
