Buzz
Một protein từ nấm đất vừa được phát hiện, có khả năng làm nước đóng băng ngay cả ở nhiệt độ gần 0 độ C, hứa hẹn sẽ thay đổi công nghệ gieo mây và giúp chúng ta hiểu rõ hơn về khí hậu.
Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Science Advances đã mở ra một hướng đi mới trong việc nghiên cứu và kiểm soát quá trình đóng băng trong tự nhiên. Các nhà khoa học phát hiện một loại protein đặc biệt từ nấm đất, có thể kích hoạt sự đóng băng nước ở nhiệt độ cao bất thường, chỉ khoảng -2 độ C.
Theo nhóm nghiên cứu quốc tế, phát hiện này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hình thành băng tự nhiên mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điều khiển thời tiết, sản xuất thực phẩm, và cải thiện các mô hình khí hậu toàn cầu.
Trên thực tế, nước không nhất thiết phải đóng băng khi nhiệt độ giảm xuống dưới 0 độ C. Trong điều kiện thiếu “hạt mầm” kết tinh, nước có thể tồn tại ở trạng thái siêu làm lạnh tới -46 độ C. Để chuyển sang trạng thái rắn ở nhiệt độ cao hơn, các phân tử nước cần một bề mặt hoặc chất xúc tác để kích hoạt quá trình kết tinh.
Trong tự nhiên, các hạt bụi, muội than và các phân tử hóa học trong khí quyển thường đóng vai trò như những “hạt mầm” giúp quá trình đóng băng xảy ra. Một số vi khuẩn cũng có khả năng kích hoạt quá trình này nhờ các protein đặc biệt trên màng tế bào.
Tuy nhiên, phát hiện mới chỉ ra rằng một nhóm nấm đất thuộc họ Mortierellaceae có thể làm được điều tương tự, nhưng hiệu quả hơn rất nhiều. Khác với vi khuẩn, nấm không cần tồn tại dưới dạng tế bào hoàn chỉnh mà tiết ra các protein hòa tan trong nước, có thể hoạt động độc lập và đóng vai trò như những “hạt mầm” siêu hiệu quả cho quá trình kết tinh băng.
Để làm sáng tỏ cơ chế này, các nhà khoa học đã tiến hành giải trình tự DNA của các mẫu nấm thu thập từ môi trường nước và địa y tại vùng cực. Kết quả cho thấy sự tồn tại của các gene có cấu trúc tương tự với gene tạo băng ở vi khuẩn.
Để kiểm chứng, nhóm nghiên cứu đã cấy những gene này vào các sinh vật khác như nấm men và vi khuẩn E. coli. Sau một thời gian ngắn, các sinh vật này đã có khả năng kích hoạt đóng băng, qua đó chứng minh vai trò trực tiếp của các gene này.
Điều thú vị là nguồn gốc của những gene này không phải đến từ quá trình tiến hóa tự nhiên, mà là từ chuyển gen ngang, tức là sự trao đổi vật chất di truyền giữa các loài khác nhau. Các nhà khoa học cho rằng tổ tiên của loài nấm đã tiếp nhận “bản thiết kế” di truyền này từ vi khuẩn cách đây hàng triệu năm.
Tuy nhiên, nấm không chỉ sao chép mà còn cải tiến cơ chế. Nếu vi khuẩn phụ thuộc vào cấu trúc màng tế bào để protein hoạt động hiệu quả, thì nấm đã tiến hóa sao cho các protein này có thể tồn tại độc lập, hòa tan trong môi trường và vẫn giữ được tính ổn định cao.
Chính đặc điểm này mở ra tiềm năng ứng dụng lớn trong nhiều lĩnh vực. Trong công nghệ gieo mây, con người đã sử dụng iod bạc để kích thích tạo mưa. Mặc dù hiệu quả, chất này lại có độc tính cao và gây lo ngại về môi trường.
Các protein từ nấm, với bản chất tự nhiên và khả năng hoạt động mạnh mẽ, có thể trở thành giải pháp thay thế an toàn hơn. Nếu được sản xuất với chi phí hợp lý, chúng có thể giúp nâng cao hiệu quả điều khiển thời tiết mà không gây tác động tiêu cực đến môi trường.
Không chỉ dừng lại ở đó, khả năng kiểm soát quá trình đóng băng còn vô cùng quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và y học. Khi nước đóng băng ở nhiệt độ cao hơn, cấu trúc tế bào sẽ được bảo vệ tốt hơn, giúp duy trì chất lượng thực phẩm đông lạnh hoặc bảo quản mô sinh học hiệu quả hơn.
Trong bối cảnh này, việc sử dụng protein nấm mang lại nhiều ưu điểm so với vi khuẩn, vì không cần phải đưa toàn bộ tế bào sống vào sản phẩm. Các protein có thể dễ dàng tách chiết và tinh chế, giúp đảm bảo tính an toàn và kiểm soát tốt hơn.
Phát hiện này còn có ý nghĩa quan trọng đối với khoa học khí hậu. Sự hình thành băng trong mây ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phản xạ ánh sáng và giữ nhiệt của khí quyển, từ đó tác động mạnh mẽ đến nhiệt độ toàn cầu.
Vì nấm phát triển rộng rãi trong đất, các bào tử và protein của chúng có thể dễ dàng bị gió cuốn lên không khí. Điều này cho thấy vai trò của chúng trong việc hình thành mây và điều tiết thời tiết có thể lớn hơn nhiều so với những gì con người từng tưởng tượng.
Việc nhận diện và hiểu rõ các phân tử này sẽ giúp các nhà khoa học cải thiện độ chính xác của các mô hình khí hậu, từ đó đưa ra những dự báo chính xác hơn về biến đổi khí hậu trong tương lai.
Bắt nguồn từ một phát hiện ở cấp độ vi mô, nghiên cứu này mở ra những cơ hội lớn trong việc ứng dụng sinh học vào các vấn đề toàn cầu. Khi con người tìm kiếm giải pháp bền vững để đối phó với biến đổi khí hậu, những “cỗ máy đóng băng” vô hình từ nấm đất có thể đóng vai trò quan trọng trong hành trình này.
