Николай Горькавый - Сказка об охоте на невидимых грабителей, орудующих ледяными кинжалами

Специалисты знали, что вода замерзает при появлении в ней центров кристаллизации, в качестве которых могут выступать, например, частицы пыли. Метеоролог Габор Вали исследовал замерзание воды, добавляя к ней вулканический пепел и другие порошки. Самая высокая температура замерзания оказалась у воды, полученной из грязного снега с детской площадки. Ученый доказал, что легче всего вода замерзает при добавлении в нее обычной почвы, содержащей органические вещества. Но какие именно?

Эстафету охоты на таинственное органическое вещество, которое вызывает опасный град, перехватил ученый Рассел Шнель из университета Вайоминга. Он добавлял в замерзающую воду различные почвы, растертые свежие, а также сухие листья тополя и ольхи - и измерял, измерял… Удивительно, но в его исследования тоже вмешался случай. Однажды Рассел спешил на вечеринку и не успел проверить на замораживаемость один из образцов - воду с измельченной травой. Экспериментатор оставил образец в пластиковом мешке. Несколько дней спустя он увидел, что вода в нем сильно помутнела. Шнель протестировал жижу - температура ее замерзания оказалась всего минус полтора градуса!

Ученый понял, что за замерзание отвечает какой-то живой микроорганизм, и обратился к профессору Марте Кристенсен. Вместе со своими студентами она выделила из мутного раствора шестьдесят пять видов грибков и сто видов бактерий. Затем они разделили эти виды микроорганизмов и исследовали их порознь. Два года исследований увенчались успехом: за быстрое замерзание воды отвечал всего один вид бактерий: та же самая Pseudomonas syringae .

- Два года? - удивился Андрей.

- Молодой биолог нашел этого микроба быстрее. Почему он не сказал об этом своим коллегам?

- В те времена не было электронной связи, информационных систем и ки-берсекретарей; письма на бумаге отправляли медленной почтой, исследования печатались в разных бумажных журналах, причем ботаники обычно читали свои журналы, а метеорологи - свои. Но, хоть и с опозданием, биологи и физики узнали, что одна и та же бактерия отвечает за биологический эффект вымерзания растений и за физический эффект быстрого льдообразования в облаках.

Бактерии Pseudomonas syringae , представленные в виде коллажа из четырех фотоснимков, играют важную роль в природе нашего мира. Фотография слева, полученная биологами В. Л. Денгом и А. Коллмером из Корнеллского университета, показывает, как бактерии (светятся зеленым цветом) растут в межклеточном пространстве листа растения. Выращивая на своей оболочке ледяные кристаллы (фото справа), эти микроорганизмы вызывают повреждения листьев и цветов при самых слабых ночных заморозках. Pseudomonas syringae «командуют» не только растениями, но и снегопадами и градом: их находят даже в снеге, выпадающем в Антарктиде. Микроскопические «властители льда» настолько эффективно кристаллизуют воду, что раствор с белком этих бактерий добавляют в снеговые пушки, создающие покрытие горнолыжных трасс.

Джон ЛУКАС- биолог, сотрудник Калифорнийского университета.

Пауль ХОППЕ- агроном, специалист по кукурузе.

Стивен ЛИНДОУ- американский биохимик и бактериолог, профессор Калифорнийского университета.

Габор ВАЛИ- исследователь атмосферных процессов, профессор университета Вайоминга.

Рассел ШНЕЛЬ- исследователь атмосферы, сотрудник Национального агентства по исследованиям океана и атмосферы (NOAA).

Марта КРИСТЕНСЕН- профессор кафедры ботаники университета Вайоминга.

Андрей КАЯВА- русский биофизик, сотрудник Национального центра научных исследований Франции.

Но это еще не конец истории. Оставалось ответить на вопрос: как обнаруженная бактерия может управлять льдом? Исследователи установили, что ее оболочка покрыта особым белком. Но лишь спустя двадцать лет после «поимки» Pseudomonas syringae русский биофизик Андрей Каява и американский биолог Стивен Линдоу выяснили, почему этот белок позволяет бактерии властвовать над градом и растениями. Оказывается, оболочка бактерии имитирует структуру льда, «прикидываясь» поверхностью ледяного кристалла. Этим она обманывает молекулы воды, которые пристраиваются к «фальшивому» льду, и на поверхности бактерии начинает расти настоящий острый ледяной кристалл, похожий на грозное оружие - кинжал.

Способность выращивать ледяной кристалл на оболочке - очень полезное свойство бактерий. Они добывают себе пищу, опустошая питательные кладовые растения, - выедают внутренности клеток. Но переходить из клетки в клетку бактериям трудно - растительные клетки отделяются одна от другой твердыми стенками. Именно они отвечают за прочность листа и самой древесины.

Бактерия Pseudomonas syringae выращивает ледяной рог и легко протыкает им жесткие оболочки клеток, разрушая их и добавляя себе и своему потомству жизненное пространство. Листья кукурузы, пораженные «ледяной» бактерией, быстро чернеют и гниют, разрезаемые изнутри миллионами острых ледяных кинжалов. Засохшие листья осыпаются, и бактерии смешиваются с почвой. Если поднимается ветер, то бактерии попадают в воздух и в облака. Лед послушно образуется на оболочке бактерий даже в тучах - так возникает град, который возвращает бактерии на землю. Заодно град повреждает растения, делая их еще более беззащитными перед микробами, умеющими выращивать ледяные ножи.

- Грабители! - осуждающе сказал Андрей.

- Но ученые, узнав коварного врага в лицо, не медлили - генетики стали выводить микробов, которые вытесняют бактерий - повелителей льда, но сами они не повреждают растения. А химики сумели синтезировать вещество, действующее аналогично белку на оболочке Pseudomonas syringae . Метеорологи стали использовать его для управления осадками и предотвращения крупного града.

Вот с какой пользой поохотились ученые на таинственного микроба, замораживающего воду! Интересно, что эта бактерия выполняет и полезную функцию - благодаря ей упавшие осенние листья быстрее гниют и возвращают накопленные питательные вещества в почву.

- Как много людей ловили одну бактерию! - удивилась Галатея.

- На самом деле исследователей было еще больше. Я просто не всех упомянула. Современная наука крайне редко делается в одиночку - ученые обычно работают коллективно, помогая друг другу.

- Какая хитрая бактерия, - сказал сонным голосом Андрей. - Даже колючки на себе научилась выращивать.