新的研究认为，一种神奇的细菌可以通过控制水分子间的作用力结水成冰。从低层大气到亚马逊雨林，地球上的各个角落都可以发现它的身影。
该细菌的学名为丁香假单胞菌，它使用特殊的蛋白交替地排斥和吸引水分子，将水分子转变为密度不均的团块。研究者发现，这种不均匀的结构会让水分子“晕头转向”，从而使其在较高的温度下以及其它不易结冰的环境中结冰。
该研究的共同作者、德国美因茨马克思普朗克高分子研究所的物理学家Tobias Weidner说，此次新的研究首次为解释该神奇细菌的独特能力提供了实验数据，“我们清晰地证明了这些蛋白能与水相互作用促进结冰”。
造冰者
丁香假单胞菌是地球上分布最广的菌类之一，从土壤到对流层的云中都能找到它的身影。滑雪场在“天公不作美”时使用该细菌进行人工降雪。该细菌还会对蔬菜造成冻伤。
Weidner说：“如果蔬菜本身就有冻伤的话，会更容易被该细菌入侵和寄生。”
不仅如此，这些无处不在的微生物可能还是某些更深远影响的幕后推手，就像著名的蝴蝶效应：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，却在德克萨斯州引起了一场龙卷风。
研究者检测到数目惊人的该微生物大量地从亚马逊雨林中释放出来，并跟踪了这些细菌随着气流从中东地区到南极洲的“搭车之旅”，在途经的地区它们会引发降雨。
“简单来说，这有点儿像地球环境的共同演化，”Weidner说，“亚马逊雨林释放出大量的这种造冰细菌，它们移动到其它地区时在当地引发降雨，从而促进其他大陆上的植物生长。”
他说，相反地，砍伐亚马逊雨林则会导致这些造冰细菌的减少，从而在其它地区引发干旱气候。
高温的冰并不存在
在Kurt Vonnegut的小说《猫的摇篮》中，科学家发现了一种叫做九号冰的物质，它能在室温下将水结成冰，最终导致世界毁灭。
幸运的是，丁香假单胞菌并没有九号冰那么大的破坏力。比如，在像撒哈拉沙漠那么热的地方，这种细菌是无法将水结成冰的。
“这些细菌可战胜不了热力学，“Weidener说。
更确切地说，丁香假单胞菌会在温度降至零下40℃时促使大气层中的水滴“意识”到外界已经足够寒冷从而相互聚集成冰，否则的话，这些水滴可不会自行结冰，Weidner说。
独一无二的能力
为了理解丁香假单胞菌结水成冰的机制，研究团队使用了一项叫做光谱学的技术来分析这种细菌和水分子的振动。这种技术可以显示样品中有哪些分子以及它们的排列情况，Weidner说。
通过这种方法，科学家注意到与丁香假单胞菌接触的水分子在低温下会以一种更有序的结构进行排列，而当水分子与其它菌类接触时则不会产生这种效应。这使得研究人员怀疑正是这种有序的排列赋予了该细菌结水成冰的能力。
那么到底是什么导致了这样的变化呢？为了弄清楚这个问题，Weidner和同事们将该细菌分成了多份样本进行实验，发现固定在细菌细胞壁上的某种蛋白似乎会导致水分子相互挤压或分离，从而在细菌周围的水分子中形成密度高低不一的团块。
研究人员推测，这种结构上的重组恰到好处地促使水分子转变为固态冰的结晶形态。研究小组还发现，该细菌可以从周围的水分子中抽取热量，使水的温度降低。
这些新发现可能会帮助大气科学家更好地理解世界各地形成降雨和结冰的原因，Weidner说。
蝌蚪君编译自livescience，译者 死水，转载须授权
