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在一項新的研究中，科學(xué)家們揭示了一種細(xì)菌產(chǎn)生冰晶的機(jī)制。這種名為Pseudomonas syringae細(xì)菌，就像大自然的天然制冰機(jī)。研究人員認(rèn)為，這些細(xì)菌產(chǎn)生的冰晶可能是自然界產(chǎn)生云和雪的來源之一。該研究發(fā)表在《Science Advances》上。

這種細(xì)菌Pseudomonas syringae，中文名為丁香假單胞菌，能夠在零上的溫度環(huán)境下，通過細(xì)菌內(nèi)的某些蛋白質(zhì)產(chǎn)生冰晶顆粒。該細(xì)菌可以覆蓋在農(nóng)作物表面，并且導(dǎo)致植株產(chǎn)生凍傷。細(xì)菌實際上會導(dǎo)致植株內(nèi)產(chǎn)生冰晶，從而破壞植物細(xì)胞，以便該細(xì)菌可以獲取植物的營養(yǎng)成分。該細(xì)菌也早已被人類利用，比如人們利用該細(xì)菌產(chǎn)生類似于冰雪的環(huán)境，從而維持滑雪勝地的積雪厚度。在過去的幾十年，在大氣、雪中都發(fā)現(xiàn)了丁香假單胞菌。以及來自世界各地的降雪，從美國到歐洲、至南極洲，都發(fā)現(xiàn)了丁香假單胞菌的蹤跡。他們的制冰能力被廣泛認(rèn)為是創(chuàng)云和雨的魔術(shù)棒。在過去幾年的研究中，科學(xué)家只能猜測該細(xì)菌如何使水結(jié)冰。但是在實驗室讓該細(xì)菌產(chǎn)生冰晶并揭示其機(jī)制，該研究還是*個。

在這項研究中，一個研究小組利用一種商業(yè)用途的造雪細(xì)菌來進(jìn)行實驗。雖然細(xì)菌已經(jīng)死去，它們?nèi)匀挥兄票鞍族^定于它們的細(xì)胞壁外層，因此還是能夠形成冰晶。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與丁香假單胞菌水相互作用，制冰蛋白能夠重新排序周圍的水分子，形成類似于冰的晶核結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致了水到冰的變化。此外，通過從水中除去熱量，該細(xì)菌的作用幾乎像一臺冰箱一樣。該研究還使用了計算機(jī)模擬，來預(yù)測水分子如何在細(xì)菌細(xì)胞外壁重排，從而給出了丁香假單胞菌產(chǎn)生冰晶的模型。

純凈的水的結(jié)晶溫度很低，甚至可以達(dá)到零下40攝氏度。因此在相對高溫環(huán)境下，冰晶的產(chǎn)生往往需要一個晶核，這個晶核可能是圍繞一個塵埃形成的。而丁香假單胞菌可以形成這樣的晶核，從而在高空中讓水蒸氣在相對的高溫環(huán)境中產(chǎn)生冰晶，再形成云。隨著云的形成和氣流對流環(huán)境的產(chǎn)生，冰晶開始下降，并在一定環(huán)境下溶化形成雨水。雖然科學(xué)家并不知道該細(xì)菌是否能夠產(chǎn)生降雨，但是他們已經(jīng)揭示出了這些細(xì)菌產(chǎn)生冰晶的原理。