生物沈殿は雨を作る細菌の概念であり、 1970年代にモンタナ州立大学のデイビッド・サンズによって提唱されました。 [1] これは微生物と植物の成長に有益な降水であり、陸上植物がエアロゾルと呼ばれる小さな空中粒子を生成することから始まるフィードバックサイクルです。エアロゾルには、氷核形成特性によって雲の形成に影響を与える微生物が含まれています。[2]雲の氷 の形成は、雪やほとんどの降雨に必要です。塵やすすの粒子は氷核として機能しますが、生物学的氷核は、はるかに暖かい温度で凍結を触媒することができます。 [3]現在知られている氷核細菌は、ほとんどが植物病原体です。最近の研究では、細菌は進化した分散プロセスの一部として雲に存在する可能性があることが示唆されています。[4]
氷核形成細菌由来の氷核形成タンパク質は人工降雪に利用されている。硫酸還元細菌、鉛還元細菌、硫黄酸化細菌、脱窒細菌の共生関係が、生体内変換と生物沈殿に関与していることが明らかになっている。[5]
植物病原体
最もよく知られている氷核細菌は植物病原体です。これらの病原体は植物に凍結障害を引き起こします。米国だけでも、霜による農作物の被害は毎年約10億ドルに上ると推定されています。P . syringaeのアイスマイナス変異体は突然変異体で、氷核表面タンパク質生成を担う遺伝子が欠損しています。この表面タンパク質の欠損により、氷形成には不向きな環境となります。P . syringaeの両株は自然に発生しますが、組み換え DNA 技術によって特定の遺伝子を人工的に除去または改変できるようになり、アイスマイナス株の作成が可能になりました。P . syringaeのアイスマイナス株を植物の表面に導入すると、株間の競争が発生します。アイスマイナス株が勝利すると、P. syringaeによって生成された氷核は存在しなくなり、通常の水の凍結温度 (0 °C) での植物表面の霜の発達レベルが低下します。
雨による細菌の拡散
雲中に存在するバクテリアは、降雨を利用して環境中に拡散するように進化した可能性がある。ルイジアナ州立大学の微生物学者ブレント・クリステン氏によると、これらのバクテリアは南極大陸、カナダのユーコン準州、フランスアルプスなどの雪、土壌、苗木に生息している。これらのバクテリアは、陸上生態系と雲の間の絶え間ないフィードバックループの一部であると考えられている。クリステン氏によると、このバクテリアは、植物が風に運ばれた花粉に依存するのと同じように、降雨を利用して新しい生息地に広がっている可能性がある。花粉はバクテリアのライフサイクルの重要な要素である可能性がある。[4]
人工降雪
特定の細菌や真菌は、-10℃から0℃の温度範囲で効率的な生物学的氷核として機能することが知られています。[6]氷核剤がない場合、水を凍結させるには少なくとも-40℃の温度が必要です。しかし、氷核細菌は-40℃ではなく-1℃で凍結できます。細菌が死滅した後も、糖タンパク質は氷の結晶化を継続します。これは、氷核形成部位で氷を模倣することで行われ、氷格子形成の鋳型として機能します。[7]多くのスキーリゾートでは、Pseudomonas syringaeという細菌種由来の氷核タンパク質の市販の凍結乾燥製剤を使用して、スノーガンで雪を作ります。[8] Pseudomonas syringaeは、植物に感染して損失をもたらす、よく研究されている植物病原体です。この病原体を研究することで、植物の免疫システムを理解するのに役立ちます。[9]
参照
参考文献
- ^ Prasanth., M.; Nachimuthu, Ramesh; Gothandam, K. M; Kathikeyan, Sivamangala; Shanthini, T. (2015年2月). 「Pseudomonas Syringae：概要と「雨を降らせる細菌」としての将来」(PDF) . International Research Journal of Biological Sciences . 4 (2): 70– 77.
- ^ Morris, Cindy E., et al. 「生物沈殿：大気中の生物学的氷核形成因子を介した地球史、生態系ダイナミクス、土地利用を結びつけるフィードバックサイクル」Global Change Biology、第20巻、第2号、2013年、341～351頁、doi :10.1111/gcb.12447。
- ^ ブレント・クリストナー (2008年2月28日). 「LSUの科学者が『雨を降らせる』バクテリアの証拠を発見」アメリカ科学振興協会. 2011年1月31日閲覧。
- ^ ab Christine Dell'Amore (2009年1月12日). 「雨を降らせるバクテリアが雲に乗って地球を『植民地化』するのか？」ナショナルジオグラフィック. 2011年5月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年1月31日閲覧。
- ^ Cilliers, C., Neveling, O., Tichapondwa, SM, Chirwa, EMN, & Brink, HG (2022). 「微生物による鉛(II)バイオ沈殿：責任ある生体内変換メカニズムの特徴づけ」Journal of Cleaner Production , 374, 133973. doi :10.1016/j.jclepro.2022.133973
- ^ Georgakopoulos, DG「ギリシャの雪サンプル中の生物学的氷核形成因子」Atmosphere 2021,12,1461. doi : 10.3390/atmos12111461
- ^ Schiermeier, Quirin (2008-02-28). 「世界中で雨を降らせるバクテリアを発見」Nature . doi : 10.1038/news.2008.632 . ISSN 0028-0836.
- ^ Halsall, Mark. 「スノーマックス：もっと雪が必要か？」スノーグルーミングマガジン. Integrit Media Inc. 2015年9月2日閲覧。
- ^ Chen, Huan, et al. “Pseudomonas syringae pathovars.” Trends in Microbiology , vol. 30, no. 9, 2022, pp. 912–913, doi :10.1016/j.tim.2022.03.002.
