水在攝氏零度結(jié)冰——這是我們在學(xué)校學(xué)到的。然而，沒有雜質(zhì)的純凈水只在零下40攝氏度左右的低溫下結(jié)冰。只有所謂的凝結(jié)核——比如灰塵或污垢顆粒——才會(huì)導(dǎo)致更高的冰點(diǎn)溫度。在花粉、細(xì)菌甚至真菌中發(fā)現(xiàn)的某些生物物質(zhì)特別有效地支持這種冰的形成。然而，到目前為止，人們對(duì)這種“生物冰核”的分子基礎(chǔ)和精確機(jī)制知之甚少。
“我們研究了一種鐮刀菌屬的真菌，它在驅(qū)動(dòng)冰形成方面特別有效，”美國博伊西州立大學(xué)教授、米沙波恩系美因茨馬克斯普朗克聚合物研究所的組長康拉德梅斯特說。真菌是一種世界知名的植物病原體。例如，孢子可以上升到大氣中，在那里它們用特殊的冰核物質(zhì)促進(jìn)冰的形成。
由邁斯特領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組現(xiàn)在已經(jīng)能夠展示究竟是什么使冰形成，以及造冰物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。他們能夠證明小的蛋白質(zhì)參與其中，這些蛋白質(zhì)可以聚集在真菌外面形成更大的蛋白質(zhì)聚集體。由于它們的大小，這些聚集體可以非常有效地造冰。梅斯特和他的同事通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一點(diǎn)，尤他大學(xué)瓦萊里婭·莫利納羅教授周圍的美國同事的理論計(jì)算也證實(shí)了這一點(diǎn)。
根據(jù)邁斯特的說法，從較小的構(gòu)建塊形成較大的聚集體的機(jī)制不僅存在于真菌中，也存在于其他生物中。梅斯特指出:“盡管如此，與真菌蛋白質(zhì)的效率相比，我們對(duì)它們的小尺寸感到驚訝。”“例如，來自其他生物的其他已知的、同樣有效的制冰蛋白質(zhì)，比它們大25倍。”
對(duì)分子機(jī)制的更詳細(xì)的了解也可以幫助人工產(chǎn)生這種高效的蛋白質(zhì)。應(yīng)用將包括節(jié)能食品冷凍、人工造雪或生物播云。
研究人員在美國國家科學(xué)院院刊(PNAS)上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。
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