Бактерии - повелители дождя

Как и почему нам на голову падает дождь, мы, без сомнения, знаем. Но вот почему с неба вместе с дождем иногда падают также разные животные, толком не знает никто, даже всеведущие ученые. Зато они знают, что иногда вызывать дождь или снег могут бактерии. И отнюдь не для собственного развлечения: для микроорганизмов это вопрос жизни и смерти.

Фото: Фото: AP

Вместе с тем дождь из животных — явление, замеченное и описанное во многих странах во многие времена, начиная с древности и до наших дней. И поскольку эти сообщения многочисленны и не зависимы друг от друга, их можно считать надежными. Так, журнал "Сайнтифик Американ" 15 января 1877 года сообщил о ливне из змей длиной до 45 сантиметров.

В Соединенных Штатах в XIX веке были зарегистрированы более пятнадцати дождей из животных. Уже в XXI веке пресса сообщала о таких дождях: из креветок — в Австралии, из рыб — в Греции, из пауков — в Аргентине, из лягушек — в Испании.

Ученые выдвигают в качестве наиболее вероятной причины этого явления водяные смерчи или торнадо, которые способны переносить животных благодаря комбинации пониженного давления и силы ветра в таких смерчах. По этой гипотезе, земные животные и рыбы поднимаются с поверхности и силой ветра транспортируются на большие высоты, а затем сбрасываются на землю.

Понятно, что чем легче живые существа, тем проще поднять их на большую высоту. Поэтому никого, наверно, не удивит сообщение о том, что недавно в атмосфере были обнаружены и бактерии. Как не удивит и сообщение, что эти бактерии выпадают обратно на землю вместе со снегом или дождем.

Но вот что наверняка удивит многих, так это сообщение, что такой дождь или снег бактерии порождают сами — как будто они "сознательно" стремятся вернуться вниз. Возникает вопрос: как и зачем они это делают, эти простейшие, примитивнейшие организмы?

Но начнем сначала. Тот факт, что выпадению осадков — через ускорение конденсации — могут способствовать некоторые неорганические частицы, вроде сажи, был известен давно. Не случайно для стимулирования дождя порой используют распыление в облаках частиц йодистого серебра или сухого льда. Но оказывается, что некоторые бактериальные клетки тоже могут ускорять выпадение осадков, причем тем же путем — ускоряя конденсацию влаги.

Фото: AP

Только в этом случае центрами такой конденсации (или кристаллизации, если речь идет о выпадении снега) являются не какие-то твердые частицы, а белки. Так, например, одна из самых распространенных "дождеобразующих" бактерий Pseudomonas syringae имеет на своей поверхности белок, который связывает молекулы воды в структуры, имитирующие кристаллическую решетку, что позволяет кристалликам льда образовываться при несколько более высокой температуре, чем обычно. Когда эти "бактериальные кристаллы" выпадают из облаков, они как раз и образуют снег или, растаивая, дождь. А внутри каждой снежинки или капли планирует на землю бактерия.

Ученые долго не могли поверить в то, что это возможно. Но когда специальные экспедиции уже в ХХI веке исследовали образцы снега в 19 местах по всему земному шару, они всюду обнаружили белки, которые оказались высокоэффективными центрами кристаллизации льда. Это интересное открытие подтвердило гипотезу, высказанную в 1998 году английским биологом-эволюционистом Вильямом Гамильтоном. Тот исходил из представления, что среди жизненных приоритетов организма третье место, после выживания и размножения, занимает распространение, освоение новых экологических ниш, и, следовательно, новых жизненных пространств.

Такоерассредоточение дает виду большие выгоды. И если бактерии тоже подчиняются этому биологическому императиву, они могут — в силу своей легкости — использовать для своего распространения также атмосферу. Поднимаясь в небо, они переносятся воздушными потоками, а потом вновь опускаются на землю в каком-нибудь случайном новом месте. Но на этом пути у них есть серьезное препятствие — в небо-то их поднимут любые потоки воздуха, а вот как вернуться обратно?

Гамильтон предположил, что микроорганизмы одолевают это препятствие, выпадая на землю вместе с осадками, образованию которых они способствуют в качестве центров конденсации или кристаллизации. И вот теперь эта гипотеза нашла подтверждение. Более того, упомянутые выше исследования конкретизировали механизм, с помощью которого бактерии ускоряют выпадение.

Можно было бы на этом закончить, сравнив такие "дождеобразующие" бациллы с героем известного романа Джона Гришема "Rainmaker" ("Вызывающий дождь"). Но такое сравнение было бы некорректным. Слово Rainmaker означает в американском обиходе сотрудника, который приносит фирме большие доходы (в романе Гришема это удачливый адвокат), и недаром в русском переводе книга так и названа "Золотой дождь".

Между тем микроорганизмы, вызывающие дождь, — это в подавляющем большинстве случаев фитопатогенные организмы, то есть, проще говоря, вредители растений. И их воздушные странствия — часть особого жизненного цикла, который позволяет им находить все новые и новые места удовлетворения своей прожорливости.

Фото: AP

Исследователи разобрались в этом на примере упомянутой выше бактерии Pseudomonas syringae. Оказалось, что благодаря определенному гену, случайно приобретенному в ходе эволюции, эта бактерия получила способность создавать на своей поверхности белки, которые могут служить центрами кристаллизации льда даже при небольшом понижении температуры воздуха. Эти кристаллики льда протыкают мембрану растительных клеток, на которых поселяются их носители, и тогда микроорганизмы получают доступ внутрь клетки, где находят себе обильную пищу. Благодаря этому они быстро размножаются, образуя колонии на поверхности испорченного листа или стебля.

После, высыхая, эти колонии превращаются в аэрозоли, которые поднимаются вверх с потоками теплого воздуха. Ветры переносят их в другие места, и, благодаря своей способности служить центрами кристаллизации льда микроорганизмы вызывают осадки, которые вновь опускают их на землю. Здесь бактерии попадают на здоровые растения нужного им вида — и цикл начинается сначала.

Жертвами этих злокозненных микроорганизмов зачастую становятся важные сельскохозяйственные растения, и поэтому фермеры ждут от науки средств борьбы с такими искусственными "ранними заморозками". И, кажется, наука вскоре действительно сможет прийти на помощь. Несмотря на то, что естественный отбор закрепил в дождеобразующих бактериях тот ген, который дает им такую выгодную для выживания способность, последние молекулярные исследования показали, что у некоторых Pseudomonas syringae в этом "выгодном" гене имеется мутация, которая делает поверхностные белки не способными присоединять молекулы воды и вызывать образование ледяных пленок.

Читайте также: Сальмонелла нам не враг, а друг

Так что теперь ученые ищут пути создания таких бактерицидов, которые бы искусственно вызывали у вредных бактерий такую же мутацию, превращая бактериальных "рэйнмэйкеров" в безвредные виды. Будем надеяться, что им это удастся…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"