Грибы научились замораживать воду: открытие поможет в криоконсервации и управлении погодой
Международная группа ученых расшифровала механизм, позволяющий почвенным грибам управлять процессом замерзания воды. Исследователи идентифицировали ген, ответственный за выработку особого белка, который запускает образование льда при минусовых температурах. Работа, опубликованная в журнале Science Advances, не только раскрывает эволюционный секрет грибов семейства Mortierellaceae, но и открывает перспективы для создания безопасных криоконсервантов и альтернативных реагентов для активного воздействия на облака.
Секрет, найденный в геноме
Способность некоторых микроорганизмов инициировать кристаллизацию воды известна науке уже несколько десятилетий. Однако до недавнего времени оставалось загадкой, какие именно гены отвечают за этот механизм и как они появились у грибов. Авторам исследования удалось не только выделить конкретный ген, но и проследить его происхождение. Анализ показал, что ген был «заимствован» у неизвестной бактерии путем горизонтального переноса — процесса, при котором организм получает чужеродную ДНК напрямую, минуя родительское наследование. Это событие произошло миллионы лет назад, и с тех пор ген закрепился в эволюционной линии грибов.
Читайте также: Весенние грибы 2026 в Подмосковье: прогноз на сморчки и строчки
Продукт этого гена — белок, обладающий уникальным свойством: он легко растворяется в воде и действует как эффективный нуклеатор льда. В отличие от хаотичной кристаллизации, при которой образуются острые, повреждающие клеточные структуры кристаллы, присутствие грибного белка делает процесс контролируемым. Лед формируется быстрее, но более мягко, что критически важно для сохранения целостности биологических тканей.
Зачем грибам умение замораживать
На первый взгляд, способность замораживать воду кажется неочевидным эволюционным преимуществом для живого организма. Однако для почвенных грибов, обитающих в условиях переменчивого климата, этот механизм выполняет защитную функцию. Контролируемая кристаллизация позволяет создать вокруг клеток защитную среду, предотвращающую образование крупных, травмирующих кристаллов льда при резком похолодании. По сути, грибы используют этот белок как инструмент для управления фазовым переходом воды, чтобы минимизировать ущерб от заморозков.
Ранее подобные белки-нуклеаторы были найдены у некоторых бактерий, но их присутствие у эукариот (организмов, к которым относятся грибы) подтверждено впервые. Открытие ставит перед микробиологами новые вопросы о том, насколько широко распространены такие механизмы в природе и какую роль они играют в экосистемах.
Прорыв в криоконсервации
Одно из наиболее перспективных прикладных направлений нового открытия — медицина и биотехнологии. Современные методы криоконсервации (например, заморозки эмбрионов, стволовых клеток или донорских тканей) часто сопряжены с риском повреждения биоматериала из-за образования неконтролируемых кристаллов льда. Традиционные криопротекторы — вещества, предотвращающие кристаллизацию — работают по принципу «обезвоживания» клеток, что не всегда безопасно для их жизнеспособности.
Грибной белок предлагает альтернативный подход: не бороться с образованием льда, а сделать его управляемым. За счет мягкого и быстрого формирования кристаллов, не разрушающих мембраны, можно значительно повысить выживаемость клеток после разморозки. По словам исследователей, дальнейшая работа над этим белком может привести к созданию нового поколения препаратов для криохранения, лишенных токсичности существующих аналогов.
Активное управление погодой без токсичных реагентов
Помимо медицинских применений, открытие имеет значение для метеорологии и климатических технологий. В настоящее время для искусственного вызывания осадков (засева облаков) используется йодид серебра — химическое соединение, которое распыляют с самолетов. Хотя метод считается относительно безопасным, йодид серебра является токсичным для водных экосистем при накоплении, а его производство остается дорогостоящим.
Грибной белок, будучи органическим и биологически разлагаемым веществом, может стать экологичной альтернативой. Его способность эффективно инициировать кристаллизацию переохлажденной воды в атмосферных условиях открывает возможность для создания «зеленых» реагентов для засева облаков. Поскольку белок работает в микродозах и не накапливается в окружающей среде, его использование может снизить экологические риски, связанные с активными воздействиями на погоду. Однако авторы исследования отмечают, что до промышленного внедрения предстоит решить вопросы масштабирования производства и провести полевые испытания.
Расшифровка генетического механизма, позволяющего грибам управлять фазовым переходом воды, — пример того, как фундаментальная наука открывает неожиданные технологические перспективы. От безопасной заморозки биоматериалов до экологичного управления осадками — потенциал применения найденного белка охватывает сразу несколько критически важных сфер, и дальнейшие исследования, вероятно, принесут еще более конкретные результаты.
Ранее на сайте «Пронедра» писали про Грибы-«зомби» из мелового периода: что рассказала находка в янтаре возрастом 99 миллионов лет
