Er is iets dat ze ons op school heel simpel hebben uitgelegd, misschien wel te simpel: water bevriest onder nul. Het werkt natuurlijk, maar alleen zolang we aan de oppervlakte blijven. Zodra je een paar niveaus naar beneden gaat, wordt de realiteit interessanter, bijna contra-intuïtief. Omdat water, als het aan zichzelf wordt overgelaten, vloeibaar kan blijven, zelfs bij temperaturen die wij als onbetaalbaar zouden beschouwen.
Het is in deze zwevende ruimte, tussen wat we denken te weten en wat er werkelijk gebeurt, dat een onverwachte hoofdrolspeler op het toneel verschijnt: een bodemschimmel die water kan bevriezen dankzij onzichtbare maar zeer krachtige eiwitten. Een ontdekking die zo gezegd bijna marginaal lijkt, maar in plaats daarvan de kern raakt van enorme verschijnselen als wolkenvorming, regen en zelfs de manier waarop we het klimaat bestuderen.
Het geheim van de bodemschimmel die water sneller bevriest dan verwacht
Water heeft geen haast om ijs te worden. Als het geen oppervlak heeft waarop het zich kan organiseren, kan het vloeibaar blijven tot ongeveer -46 graden Celsius, in een toestand die wetenschappers onderkoeling noemen. Het gebeurt ook in wolken, waar kleine druppeltjes in evenwicht blijven hangen, wachtend op iets dat de transformatie op gang brengt.
Dat ‘iets’ is een trigger, een soort microscopisch kleine steiger. Meestal zijn dit stof, deeltjes, resten die in de lucht zweven. De watermoleculen haken daar aan, rangschikken zich in een geordende structuur en vanaf dat moment begint het ijs zich voort te planten, totdat het zwaar genoeg wordt om naar de grond te vallen.
Sommige levende organismen hebben echter een verrassend vermogen ontwikkeld: het bevorderen van de ijsvorming op een uiterst efficiënte manier. Bacteriën stonden al bekend om dit vermogen, maar ze hadden een belangrijke beperking: om te kunnen werken moeten ze in de hele cel aanwezig zijn.
Paddenstoelen hebben echter een eleganter pad gevonden. Sommige soorten produceren vrije eiwitten, oplosbaar in water, die zelfs kunnen werken zonder de cel die ze heeft gegenereerd. Deze eiwitten zijn in staat water al bij ongeveer -2 graden te bevriezen, een veel hogere temperatuur dan nodig is als er geen triggers zijn.
Wetenschappers hebben deze mechanismen geïdentificeerd door schimmels van de Mortierellaceae-familie te bestuderen, verzameld in extreme omgevingen zoals poolgebieden en korstmossen. Toen ze hun DNA analyseerden, vonden ze sequenties die verrassend veel leken op die van ijsbacteriën.
Om te verifiëren dat het geen toeval was, brachten ze die genen over naar andere organismen, zoals gist en E. coli. Het resultaat was onmiddellijk: deze organismen begonnen ook ijs te produceren. Een teken dat het mechanisme werkt en uiterst nauwkeurig is.
Van de bodemschimmel tot de wolken
Dit verhaal heeft, als je het goed bekijkt, ook iets dat bijna ‘piratenachtig’ is. Omdat die genen oorspronkelijk niet bij schimmels hoorden. Ze zijn miljoenen jaren geleden verkregen via een proces dat horizontale genoverdracht wordt genoemd, een soort overdracht van informatie tussen verschillende soorten.
De paddenstoelen kopieerden echter niet zomaar. Ze hebben het systeem verbeterd. Bacteriële eiwitten werken alleen als ze aan het celmembraan zijn verankerd, terwijl schimmeleiwitten stabieler, flexibeler en autonomer zijn geworden. Een kleine evolutie die een groot verschil maakt. En hier komen de praktische gevolgen.
Als we het hebben over cloud seeding, d.w.z. de mogelijkheid om regen of sneeuw kunstmatig te stimuleren, worden tegenwoordig stoffen als zilverjodide gebruikt. Ze werken, maar ze brengen een impact op het milieu met zich mee die nog steeds ter discussie staat.
De eiwitten die deze paddenstoelen produceren bieden een heel ander alternatief: natuurlijk, effectief en vrij van toxiciteit. En vooral uiterst efficiënt, zelfs onder moeilijke omstandigheden. Als ze op grote schaal kunnen worden geproduceerd, kunnen ze de manier veranderen waarop we in de atmosfeer ingrijpen. Dan is er het eten. Iedereen die bevroren aardbeien heeft, weet wat er gebeurt als ze ontdooien: de structuur verandert, het interne water breekt de cellen af. Het begeleiden van de ijsvorming betekent een betere bescherming van voedsel, waarbij de consistentie en kwaliteit behouden blijven.
Hetzelfde principe geldt op medisch gebied. Het behoud van weefsels of organen is een delicate uitdaging, omdat ijs cellen kan beschadigen. Door deze eiwitten te gebruiken, kunt u bepalen wanneer water bevriest, waardoor de schade wordt verminderd en de conserveringsopties worden verbeterd. Tenslotte is er nog een minder zichtbaar maar doorslaggevend aspect: klimaatmodellen. Wolken zijn niet allemaal hetzelfde. De hoeveelheid ijs erin verandert de manier waarop ze licht reflecteren en warmte vasthouden. En dit heeft rechtstreeks invloed op de mondiale temperatuur.
Deze schimmels leven overal in de bodem. De wind tilt hun sporen en de eiwitten die ze vrijgeven op en voert ze de atmosfeer in. Dit betekent dat hun rol bij wolkenvorming veel belangrijker zou kunnen zijn dan eerder werd gedacht. Het beter begrijpen betekent ook nauwkeuriger lezen wat er elke dag boven ons hoofd gebeurt, zelfs als we het ons niet realiseren.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
