Půdní houby můžou ovlivňovat srážky - objev, který má potenciál při umělém vyvolávání deště
Drobné organismy žijící na zemském povrchu – bakterie a houby – mají podle nedávné studie„superschopnost“, která jim umožňuje doputovat do vyšších hladin atmosféry, ve kterých jsou schopny „vyvolat“ déšť. Abychom pochopili, jak může mikroskopická částice ovládat srážky, je vhodné připomenout, jak vlastně vzniká déšť. Zejména mimo tropické oblasti je pro významnější dešťové srážky nezbytný výskyt ledu v oblacích. Jenže na rozdíl od zemského povrchu nedochází v atmosféře automaticky k zamrzání vodních kapiček, jakmile jejich teplota klesne pod 0 °C. Naopak, i poměrně hluboko pod bodem mrazu (výjimečně až k teplotám kolem -45 °C) platí, že kapičky zůstávají nezamrzlé, říkáme, že jsou přechlazené.
Zde je ale nutné zdůraznit, že to platí jen pro vodu, která je čistá, tedy která neobsahuje žádné příměsi. V atmosféře je mrznutí vody při teplotách bližších k nule usnadněno ledovými jádry, která jsou tvořena jak živými organismy (například baktérie), tak abiotickým, neživým materiálem (například částice prachu). Pokud jde o biologická jádra, pocházejí ze všech oblastí živé přírody, ale nejúčinnější jsou ty z bakterií a hub. Ostatně vědci již po desetiletí vědí o proteinech umožňujících nukleaci ledu, které se nacházejí v některých bakteriích, jako je Pseudomonas syringae. Bakterie se dostávají z listů rostlin do atmosféry, kde pak napomáhají vzniku deště. Obsahují speciální proteiny umožňující zmrznutí vody při teplotách až -2 °C. Této své schopnosti mimo jiné využívají taky k poškozování rostlin, kdy bakterie iniciují tvorbu ledu na povrchu listů, čímž naruší buněčné struktury a získají přístup k živinám. Naproti tomu většina abiotických ledových jader působí zamrzání při podstatně nižších teplotách, a například jodid stříbrný, široce používané umělé činidlo pro vyvolání srážek, iniciuje tvorbu ledu kolem -5 °C. Účinná biologická ledová jádra mohou ovlivňovat tvorbu oblaků i srážek a díky své mimořádné účinnosti našla uplatnění také při výrobě technického sněhu a v kryokonzervaci.
V rámci zmíněné studievědci popsali novou skupinu proteinů schopných iniciovat mrznutí vody při relativně vysokých záporných teplotách. Objevili je u hub z čeledi Mortierellaceae běžně žijících v půdě po celém světě. Tyto organismy si většina lidí spojuje spíše s rozkladem organické hmoty než s atmosférou. Jenže právě ony mohou produkovat látky, které výrazně usnadňují vznik ledových krystalků v oblacích. Zatímco bakterie si své proteiny vytvářející led uchovávají na sobě, houby (hlavně Fusarium a Mortierella) tyto proteiny vylučují do půdy kolem sebe. Vzhledem ke své struktuře jsou houbové proteiny rozpustné ve vodě a mají menší rozměry než proteiny bakteriální. Díky tomu se při větru snadno dostanou z půdy do vzduchu, kde pak působí jako velmi účinná ledová jádra.
Speciální „proteiny pro nukleaci ledu“ produkované určitými bakteriemi mají schopnost regulovat bod zamrzání vody, zdroj: nachrichten.idw-online.de
A to vede k jakémusi vzájemně se podporujícímu biologicko-srážkovému cyklu. Představme si lesní půdu pokrytou těmito houbami. Jakmile se zvedne vítr, jejich mikroskopické proteiny usnadňující vznik ledu se dostanou do oblačného prostředí, kde začnou působit jako centra zamrzání kapek, a to i v relativně teplých oblacích kolem -5 °C. Jakmile ledové krystalky narostou, vlivem tíže začnou padat k zemi a při teplotách nad nulou se změní v déšť. Ten zavlaží les pod sebou, což usnadní růst dalších hub a cyklus se může opakovat. Na rozdíl od bakterií Pseudomonas, které používají led k „útoku“ a poškození plodin, aby získaly přístup k živinám, jsou houby Mortierella mírumilovnými partnery rostlin. Vylučují své led tvořící proteiny do okolní půdy, což zřejmě jednak vytváří ochranný štít před drsnými podmínkami a jednak usnadňuje v prostředí akumulovat živiny, které pomáhá prosperovat jako houbám, tak i rostlinám v jejich blízkosti. Nový objev tak ukazuje, že i organismy žijící v půdě můžou ovlivňovat dění v atmosféře.
Výsledky experimentů s nukleací ledu s myceliálními výplachy z kmenů M. alpina a E. parvispora aktivních v nukleaci ledu (kumulativní počet jader na jednotku hmotnosti). Mortierella alpina vykazuje výrazný nárůst kolem -4,8 °C, pod -8 °C už se počet nemění, zdroj: science.org
Nový výzkum také odhalil, jak houby z čeledi Mortierellaceae získaly schopnost vytvářet led. Když vědci studovali genetický kód hub, zjistili, že si tyto houby tuto vlastnost nevyvinuly samy. Před miliony let si genetický kód „vypůjčily“ od bakterií procesem zvaným horizontální přenos genů, kdy dojde k výměně části genetického kódu s okolními organismy, což jim poskytuje okamžitý evoluční posun. Houby jsou však při tvorbě ledu mnohem efektivnější než bakterie, protože houba tyto proteiny vylučuje do okolního prostředí, kde můžou v půdě zůstat aktivní i poté, co se houba přesune dál. Jedná se navíc o mimořádně odolné proteiny, které zvládnout přežít sucho nebo spláchnutí do potoku. Zjištěný vliv houbových proteinů na tvorbu srážek navíc ukazuje i na další dosud neznámý efekt kácení lesů, kdy by při jejich mýcení mohlo dojít k narušení biologického mechanismu, který spouští regionální srážky.
Vůně po dešti evokující mokrou půdu a houby nám může připomenout, že právě houby možná pomáhaly déšť spoluvytvářet, zdroj: autor: Kristián Kerekeš
Vzhledem k měnícímu se klimatu s častějšími suchy by další pochopení detailů fungování těchto proteinů mohlo být zásadní pro umělé vyvolávání deště s výhodou využití přírodního, a tedy biologicky odbouratelného materiálu. Současné programy umělých zásahů do oblaků za účelem vyvolání srážek se totiž vesměs spoléhají na jodid stříbrný – těžký kov, který může v prostředí přetrvávat delší dobu. Houbové proteiny bychom taky mohli využít k výrobě technického sněhu na sjezdovkách s menší spotřebou energie, ale i k výrobě chutnějších mražených potravin tím, že zabráníme velkým krystalům ledu v poškození buněk potravin.
Zde je ale nutné zdůraznit, že to platí jen pro vodu, která je čistá, tedy která neobsahuje žádné příměsi. V atmosféře je mrznutí vody při teplotách bližších k nule usnadněno ledovými jádry, která jsou tvořena jak živými organismy (například baktérie), tak abiotickým, neživým materiálem (například částice prachu). Pokud jde o biologická jádra, pocházejí ze všech oblastí živé přírody, ale nejúčinnější jsou ty z bakterií a hub. Ostatně vědci již po desetiletí vědí o proteinech umožňujících nukleaci ledu, které se nacházejí v některých bakteriích, jako je Pseudomonas syringae. Bakterie se dostávají z listů rostlin do atmosféry, kde pak napomáhají vzniku deště. Obsahují speciální proteiny umožňující zmrznutí vody při teplotách až -2 °C. Této své schopnosti mimo jiné využívají taky k poškozování rostlin, kdy bakterie iniciují tvorbu ledu na povrchu listů, čímž naruší buněčné struktury a získají přístup k živinám. Naproti tomu většina abiotických ledových jader působí zamrzání při podstatně nižších teplotách, a například jodid stříbrný, široce používané umělé činidlo pro vyvolání srážek, iniciuje tvorbu ledu kolem -5 °C. Účinná biologická ledová jádra mohou ovlivňovat tvorbu oblaků i srážek a díky své mimořádné účinnosti našla uplatnění také při výrobě technického sněhu a v kryokonzervaci.
V rámci zmíněné studievědci popsali novou skupinu proteinů schopných iniciovat mrznutí vody při relativně vysokých záporných teplotách. Objevili je u hub z čeledi Mortierellaceae běžně žijících v půdě po celém světě. Tyto organismy si většina lidí spojuje spíše s rozkladem organické hmoty než s atmosférou. Jenže právě ony mohou produkovat látky, které výrazně usnadňují vznik ledových krystalků v oblacích. Zatímco bakterie si své proteiny vytvářející led uchovávají na sobě, houby (hlavně Fusarium a Mortierella) tyto proteiny vylučují do půdy kolem sebe. Vzhledem ke své struktuře jsou houbové proteiny rozpustné ve vodě a mají menší rozměry než proteiny bakteriální. Díky tomu se při větru snadno dostanou z půdy do vzduchu, kde pak působí jako velmi účinná ledová jádra.
Speciální „proteiny pro nukleaci ledu“ produkované určitými bakteriemi mají schopnost regulovat bod zamrzání vody, zdroj: nachrichten.idw-online.de
A to vede k jakémusi vzájemně se podporujícímu biologicko-srážkovému cyklu. Představme si lesní půdu pokrytou těmito houbami. Jakmile se zvedne vítr, jejich mikroskopické proteiny usnadňující vznik ledu se dostanou do oblačného prostředí, kde začnou působit jako centra zamrzání kapek, a to i v relativně teplých oblacích kolem -5 °C. Jakmile ledové krystalky narostou, vlivem tíže začnou padat k zemi a při teplotách nad nulou se změní v déšť. Ten zavlaží les pod sebou, což usnadní růst dalších hub a cyklus se může opakovat. Na rozdíl od bakterií Pseudomonas, které používají led k „útoku“ a poškození plodin, aby získaly přístup k živinám, jsou houby Mortierella mírumilovnými partnery rostlin. Vylučují své led tvořící proteiny do okolní půdy, což zřejmě jednak vytváří ochranný štít před drsnými podmínkami a jednak usnadňuje v prostředí akumulovat živiny, které pomáhá prosperovat jako houbám, tak i rostlinám v jejich blízkosti. Nový objev tak ukazuje, že i organismy žijící v půdě můžou ovlivňovat dění v atmosféře.
Výsledky experimentů s nukleací ledu s myceliálními výplachy z kmenů M. alpina a E. parvispora aktivních v nukleaci ledu (kumulativní počet jader na jednotku hmotnosti). Mortierella alpina vykazuje výrazný nárůst kolem -4,8 °C, pod -8 °C už se počet nemění, zdroj: science.org
Nový výzkum také odhalil, jak houby z čeledi Mortierellaceae získaly schopnost vytvářet led. Když vědci studovali genetický kód hub, zjistili, že si tyto houby tuto vlastnost nevyvinuly samy. Před miliony let si genetický kód „vypůjčily“ od bakterií procesem zvaným horizontální přenos genů, kdy dojde k výměně části genetického kódu s okolními organismy, což jim poskytuje okamžitý evoluční posun. Houby jsou však při tvorbě ledu mnohem efektivnější než bakterie, protože houba tyto proteiny vylučuje do okolního prostředí, kde můžou v půdě zůstat aktivní i poté, co se houba přesune dál. Jedná se navíc o mimořádně odolné proteiny, které zvládnout přežít sucho nebo spláchnutí do potoku. Zjištěný vliv houbových proteinů na tvorbu srážek navíc ukazuje i na další dosud neznámý efekt kácení lesů, kdy by při jejich mýcení mohlo dojít k narušení biologického mechanismu, který spouští regionální srážky.
Vůně po dešti evokující mokrou půdu a houby nám může připomenout, že právě houby možná pomáhaly déšť spoluvytvářet, zdroj: autor: Kristián Kerekeš
Vzhledem k měnícímu se klimatu s častějšími suchy by další pochopení detailů fungování těchto proteinů mohlo být zásadní pro umělé vyvolávání deště s výhodou využití přírodního, a tedy biologicky odbouratelného materiálu. Současné programy umělých zásahů do oblaků za účelem vyvolání srážek se totiž vesměs spoléhají na jodid stříbrný – těžký kov, který může v prostředí přetrvávat delší dobu. Houbové proteiny bychom taky mohli využít k výrobě technického sněhu na sjezdovkách s menší spotřebou energie, ale i k výrobě chutnějších mražených potravin tím, že zabráníme velkým krystalům ledu v poškození buněk potravin.
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
