Vége az aszálynak? A gombák lehetnek az időjárás-befolyásolás új reménységei

A tudománytörténet tele van váratlan fordulatokkal, de kevés dolog annyira lenyűgöző, mint amikor a természet "ipari kémkedésen" k...

A tudománytörténet tele van váratlan fordulatokkal, de kevés dolog annyira lenyűgöző, mint amikor a természet "ipari kémkedésen" kapott szereplői tárják fel előttünk a jövő technológiájának kulcsát.

A Virginiai Egyetem kutatói nemrégiben egy olyan felfedezést tettek közzé a Science Advances folyóiratban, amely nemcsak a genetikai evolúcióról alkotott képünket formálhatja át, hanem megoldást kínálhat korunk egyik legsúlyosabb környezeti kihívására: az aszály elleni küzdelemre és a fenntartható időjárás-befolyásolásra. (1)

A kutatás középpontjában egy különleges gombafaj áll, amely egy évmilliókkal ezelőtt "ellopott" bakteriális gén segítségével képes uralni a vizet és a jeget.

Az időjárás manipulálása, vagy ismertebb nevén a felhőmagvasítás, évtizedek óta a tudományos viták kereszttüzében áll. A folyamat lényege, hogy mesterséges részecskéket, úgynevezett jégnukleátorokat juttatnak a felhőkbe. Ezek a mikroszkopikus magvak arra késztetik a túlhűlt vízcseppeket, hogy fagyott jégkristályokká álljanak össze. Ahogy egyre több vízmolekula tapad a kristályhoz, az úgy hízik, mint egy legurított hógolyó, mígnem elég nehézzé válik ahhoz, hogy lehulljon a föld felé.

Bár a folyamat végén a kristályok a melegebb légrétegekben elolvadnak és esőként érnek földet, a módszer eddigi gyakorlata komoly aggályokat vetett fel. A leggyakrabban használt anyag, az ezüst-jodid ugyanis nemcsak drága, de környezeti szempontból és toxicitása miatt is megkérdőjelezhető. Itt lép be a képbe a gombák világa, amely egy természetes, tiszta és sokkal hatékonyabb alternatívát kínál.

A kutatócsoport a Mortierellaceae családba tartozó gombák vizsgálata során izolált egy olyan fehérjét, amely elképesztő precizitással serkenti a jégképződést még a fagypont alatti, de viszonylag enyhe hőmérsékleten is. Az igazi tudományos szenzációt azonban a fehérje eredete jelentette. A DNS-szekvenálás és a modern számítási modellek feltárták, hogy a gomba nem maga fejlesztette ki ezt a képességet mutációk sorozatával.

Ehelyett egy úgynevezett horizontális géntranszfer útján egyszerűen "átvette" a szükséges genetikai kódot egy baktériumtól. Ez a folyamat a baktériumok között mindennapos – így válnak például ellenállóvá az antibiotikumokkal szemben –, de két ennyire különböző élőlény, mint egy gomba és egy baktérium között, rendkívül ritka és titokzatos esemény.

Boris Vinatzer, a tanulmány társszerzője szerint ez a "lopás" a gomba számára a túlélést jelentette. Valamikor a távoli múltban a jégképző képesség olyan hatalmas evolúciós előnyt biztosított az adott környezetben, hogy a gomba nemcsak megőrizte az idegen gént, hanem az évmilliók során tovább is fejlesztette azt. A gombák által termelt jégnukleátor fehérjék ugyanis túlszárnyalják bakteriális őseikét: vízben jól oldódnak, és ami a legfontosabb, az élő sejten kívül, önállóan is tökéletesen működnek. Ez a tulajdonság teszi őket alkalmassá az ipari szintű felhasználásra.

A felfedezés gyakorlati haszna messze túlmutat a felhők megcsapolásán. Ha sikerül olcsón, nagy mennyiségben előállítani ezt a gomba fehérjét, az ezüst-jodid korszaka leáldozhat. A mezőgazdaság számára ez a "biológiai esőcsinálás" mentőövet jelenthet az egyre gyakoribb aszályos időszakokban, anélkül, hogy vegyszerekkel terhelnénk a talajt és az élővizeket.

De a kutatók szerint a határ a csillagos ég, vagy éppen a hűtőszekrényünk polca. Az élelmiszeriparban a fagyasztott termékek minőségének javítására is használható lenne ez a fehérje. Mivel a gomba kiválasztja magából ezt az anyagot, nem kell magát az élőlényt az ételbe keverni – elég csak a tiszta, jól definiált fehérjét hozzáadni. Ez kontrolláltabb jégkristály-képződést tesz lehetővé, ami megvédi az élelmiszerek textúráját a fagyasztás roncsoló hatásaitól.

Még ennél is izgalmasabb a fehérje szerepe a krioprezervációban, vagyis a biológiai minták tartósításában. Az emberi szövetek, petesejtek, spermiumok vagy embriók fagyasztásakor a legnagyobb veszélyt a sejteken belül hirtelen kialakuló jégtűk jelentik, amelyek szó szerint szétrepesztik a kényes sejtfalakat. A gomba fehérje azonban lehetővé teszi, hogy a sejt körüli víz már magasabb hőmérsékleten, rendezett módon fagyjon meg, mielőtt a belső szerkezet károsodna. Ez a finomhangolt fagyasztási folyamat forradalmasíthatja a reprodukciós orvoslást és a transzplantációs biológiát is.

A tudományos közösség számára a felfedezés egy másik fontos aspektusa a klímamodellezés pontossága. Jelenleg az egyik legnagyobb bizonytalansági tényező az éghajlati előrejelzésekben a felhők viselkedése: mennyi napsugárzást vernek vissza az űrbe, és mennyi hőt tartanak vissza a felszínen. Ez nagyban függ a felhők jégtartalmától. Most, hogy a kutatók azonosították ezt a gomba molekulát, képessé válnak mérni annak jelenlétét a légkörben. Ezáltal pontosabb képet kaphatunk arról, hogy a természetes eredetű biológiai részecskék miként befolyásolják bolygónk sugárzási egyensúlyát és csapadékmintázatait.

A kutatás következő lépése a fehérje tömegtermelésének kidolgozása. Dr. Vinatzer és csapata már dolgozik azon a módszeren, amellyel ipari mennyiségben állíthatnák elő ezt a különleges "molekuláris eszközt". Ha sikerrel járnak, azzal egy olyan korszak küszöbére érhetünk, ahol az időjárás irányítása nem egy drága és kockázatos beavatkozás lesz, hanem a természet saját mechanizmusainak intelligens alkalmazása.

A történet legfontosabb tanulsága azonban mégis az evolúció rugalmassága. Az, hogy egy gomba "kölcsönvette" egy baktérium fegyverzetét, majd az ember évezredekkel később ezt a lopott technológiát használja fel saját túlélése érdekében, rávilágít az élővilág mély összefonódottságára.

A lábunk alatt a talajban rejtőző mikroszkopikus gombafonalak olyan titkokat őriznek, amelyekkel talán egyszer nemcsak az aszályt győzhetjük le, hanem jobban megérthetjük saját bolygónk lélegzését is. A jövő esője lehet, hogy egy ősi, ellopott génnek köszönhetően fog eleredni, összekötve a múltbéli baktériumok világát a holnap csúcstechnológiájával. (2)

(1) - https://www.science.org/doi/10.1126/
(2) - https://thedebrief.org/how-a-fungal