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土壤中的奇葩,擁有抗冰和抓冰能力的細菌勇者

 

圖片來源:WarzauWynn@flickr

 / 羅浩展

在北美,有些區域是山跟海的交界帶,而存在於這交界帶的土壤,除了要忍受平時冷到會結冰的氣溫之外,還要提防著乾燥溫暖的焚風(Foehn wind)。面對這樣溫度不定的環境,土壤中竟然有細菌存活了下來。到底這些細菌有著什麼樣的超能力去抵抗這樣惡劣的環境呢它們用了什麼樣的方法使它們得以存活下來呢接下來,就讓這篇論文帶你一探究竟。

在此篇論文裡,利用了循環性的瞬間結凍和解凍,瞬間模擬了這樣溫度不定的環境。將土壤拿來放在這樣條件底下進行處理後發現,竟有細菌存活下來。將這些細菌拿去進行16S 核糖體 RNA定序分析,序列放大出來發現有五種不同的菌屬。其中有一種是Chryseobacterium sp.strain C14,它們會合成一種特殊的抗凍蛋白 ,這種蛋白質可以鎮壓冰結晶的溫度,抑制冰的再結晶,還可以藉由修飾細胞膜上脂質來維持自己細胞膜的流動性,進而保護自己不受冰的凍傷。再來有一種菌類Pseudomonas,它們除了擁有抵禦冰的傷害的能力之外,還擁有了非常特別的能力。這個能力就是「抓冰」!

抓冰到底它們是如何抓冰的呢Chryseobacterium不一樣的是,Pseudomonas這類菌還會另外合成一種冰核蛋白(ice nucleation protein),而這些蛋白質會聚集在細胞膜之外,然後這些蛋白質就會以自己當作冰結晶的模板,來讓冰晶有吸附的停泊地而幫助冰晶的形成

沒想到吧,細菌竟然能抓冰,想想看,如果能好好利用這些細菌抓冰的能力,說不定以後就不用慢慢地雕刻冰雕了。生物學家可以將這些細菌大量培養,然後將它們分佈到冰中的某些特定位置,理想狀況下這些細菌就會幫助冰雕模型的形成呢。更瘋狂的作法是,假如真得以培養超大量的抓冰細菌,對逐漸融化的冰山來說,就是一個福音。生物學家可以利用這些菌來抓住冰,或許就能延緩冰山的融化,讓大地的危機解除也說不定。 

作者羅浩展生科系95

名詞解釋:

  • Foehn wind:北美地區的焚風。原因是當濕潤空氣受到山的阻擋而爬升,越爬升空氣越冷卻,造成水氣凝結降雨在迎風面。然後當其空氣越過山嶺後,因下降而形成乾燥空氣,而且因為下降時受到壓力壓縮而使溫度增加,就形成了熱而乾燥的焚風。
  • AFPs(antifreeze proteins):這種蛋白質會破壞冰晶晶格的形成進而抑制冰的成長與再結晶。
  • Ice nucleation protein:一種蛋白質可以當作冰晶結晶的吸附模板來促進冰的成長。
  • 16S ribosomal RNA gene定序:因為不同細菌帶有不同的16S ribosomal RNA gene,所以利用這種方式可分辨所獲得的細菌是哪一種菌。

研究原文

參考資料 

原刊載於 30.6kj

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關於作者

慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。