Gli scienziati stanno risolvendo i misteri di come l’acqua diventa solida: c’è una proteina fungina per questo.

 

Il modo in cui si forma il ghiaccio è molto più interessante del previsto.

Questo processo fisico di base, tra i più comuni in natura, rimane in qualche modo misterioso nonostante decenni di esame scientifico.

Ora, la ricerca sostenuta dalla National Science Foundation degli Stati Uniti da parte di scienziati del Università di Utah, la Boise State University e altre istituzioni stanno facendo luce sul ruolo degli agenti biologici – prodotti dai funghi – nella formazione del ghiaccio.

Contrariamente a quanto comunemente si pensa, l’acqua non si congela necessariamente a 0 gradi Celsius a causa della barriera energetica inerente alle transizioni di fase.

L’acqua completamente pura non si congela fino a quando non si raffredda fino a -46 °C. Questo perché le molecole d’acqua richiedono particelle su cui costruire i cristalli che portano al ghiaccio, un processo chiamato nucleazione.

Gli organismi si sono evoluti in vari modi per controllare la formazione di ghiaccio come adattamento per sopravvivere in ambienti freddi.

Ciò significa che le particelle più efficienti che nucleano il ghiaccio sono di origine biologica, prodotte in batteri, funghi e persino insetti, ma le basi molecolari e i meccanismi precisi dei “nuclei di ghiaccio biologici” non sono stati ben compresi.

Valeria Molinero, chimica teorica presso l’Università dello Utah, è in prima linea nel risolvere questo mistero, che ha potenziali implicazioni per migliorare la comprensione degli scienziati di come la vita influenzi le precipitazioni e il clima.

In un recente studio, un team internazionale di ricercatori, tra cui Molinero e Konrad Meister dello Stato di Boise, ha esplorato le caratteristiche e le proprietà dei nucleatori di ghiaccio fungini, rivelando che sono costituiti da piccole subunità proteiche e svolgono un ruolo sia nel promuovere che nell’inibire la crescita del ghiaccio.

“Sono proteine che vengono espulse nell’ambiente e queste particelle sono estremamente efficaci per la nucleazione del ghiaccio”, ha detto Molinero.

“Ma il modo in cui l’organismo beneficia di queste capacità di nucleazione del ghiaccio non è noto e non esiste in tutte le possibili varianti dell’organismo. Non sappiamo perché formano ghiaccio o se c’è un vantaggio”.

Il team multidisciplinare si è concentrato su una specie di fungo chiamata Fusarium acuminatum e ha scoperto che produce proteine ultraminute che si combinano in particelle più grandi. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista PNAS.

Le proteine batteriche e fungine possono stimolare la formazione di ghiaccio a temperature comprese tra -10 e -2 gradi.

Alcuni batteri sono così efficaci nel promuovere il ghiaccio che le aree sciistiche li utilizzano per l’innevamento.

Secondo lo studio, i vantaggi ecologici della nucleazione del ghiaccio e il suo ruolo nella formazione delle nuvole e nelle precipitazioni non sono ancora completamente compresi, ponendo una lacuna significativa nella comprensione dell’interazione tra clima e vita.

La ricerca potrebbe portare a migliorare l’efficienza del processo di congelamento degli alimenti, dell’innevamento artificiale o dell’inseminazione delle nuvole.

Con le scoperte del team arrivano molte altre domande, tuttavia, come il perché e il modo in cui queste proteine si combinano.

“L’altra domanda è se lo stanno facendo di proposito o è solo che c’è una proteina che producono per qualcos’altro, ma ha questa proprietà”, ha detto Molinero.

Risolvere queste domande fondamentali richiederà un lavoro di squadra, riunendo ricercatori con competenze in varie aree della chimica, della biofisica e della biologia.