In questo post farò un paio di affermazioni che vi sembreranno strane, contrarie a quello che credete di sapere. Resistete all’idea di dire ” Ma questo è un coglione!” e proseguite a leggere, o cliccate sui copiosi riferimenti per controllare che quello che sto dicendo ha effettivamente senso.
In primo luogo, l’acqua non congela a 0 gradi Celsius. In effetti, l’acqua fatica a congelare anche a -10 °C, e ha anzi bisogno di una mano per diventare ghiaccio.
L’acqua normalmente congela a temperature inferiori agli 0 °C perché l’acqua, normalmente, è piena di impurità. Il ghiaccio, come tutti i cristalli, si forma molto più facilmente intorno a qualcosa che funga da nucleo, che faccia da stampo per la crescita dei cristalli intorno. Il nucleo funziona come uno schizzo di un disegno, limitando le infinite possibilità della carta bianca a quelle ammesse dalla sagoma dello schizzo, costringendo le altre forme a svilupparsi entro determinati limiti. Il nucleo nella formazione di un cristallo limita i possibili arrangiamenti delle molecole vicine, e forza il cristallo a coalescere e formarsi.
L’acqua veramente ma veramente pura, senza impurità che fungano da nucleo, non congela fino a -48 °C.
L’acqua normalmente è piena di particelle microscopiche di polvere e altra robaccia simile, il che permette la nucleazione; ma queste particelle non sono particolarmente brave a farla ghiacciare. La maggior parte delle polveri organiche non riesce a far congelare l’acqua senza che la temperatura scenda ad almeno -15°c.
Googlando ” Ice Nucleation” tra i primi risultati c’è questa immagine, che non mi è ben chiaro cosa c’entri, ma è bellina comunque. E siccome viene da un sito governativo USA, significa che è sicuramente di pubblico dominio e posso metterla senza problemi.
Sapete cosa funziona bene come nucleo ? I batteri.
Nel 1982, Deane Arny stava cercando di capire perché diavolo alcune piante congelavano più di altre. Essendo una patologa, si rese conto che se la pianta era infetta da Pseudomonas syringae, un batterio parassita, congelava molto più frequentemente e rapidamente. P. syringae produce una proteina particolare, InaZ, che, a causa della sua particolare struttura tridimensionale, permette all’acqua di congelare alla temperatura relativamente alta di -2 °C. E probabilmente non è un caso: facendo cristallizzare l’acqua nella pianta a temperature così basse, il batterio spacca le cellule e riesce ad estrarre più nutrimento, migliorando la sua capacità di parassitare.
Oggi conosciamo un sacco di proteine che fanno la stessa cosa in molte specie, da batteri microscopici a gasteropodi. In alcuni casi la proteina viene utilizzata come difesa, inducendo il congelamento preferenziale di zone dell’organismo che ne sono meno danneggiate. A volte è un effetto collaterale, una conseguenza della struttura tridimensionale della proteina necessaria per qualche altra funzione, che coincidentalmente funziona bene come nucleatore.
L’immagine è bruttina, ma si riesce a capire come questa Rana sylvatica, indigena del Nord America, durante l’inverno congeli quasi completamente. Oltre il 65% dei suoi tessuti diventa ghiacciato, ma utilizzando nucleatori in posizione strategiche, impedisce danno a tessuti importanti, e può scongelarsi senza problemi permanenti in primavera.
Ed ecco una seconda affermazione che può sembrare folle: sono i batteri a far piovere.
L’aria, nuvole incluse, è strapiena di batteri, funghi e altre schifezze che funzionano da nucleatori molto meglio di polvere e altre particelle simili. Alcuni di questi micro-organismi producono proteine simili a InaZ, che formano cristalli di ghiaccio nelle nuvole. Questi cristalli, se diventano abbastanza grossi e pesanti, finiscono per precipitare sotto forma di neve o di pioggia, a seconda della temperatura (che li fa sciogliere durante la caduta o meno).
Sì, sì, sembra una follia, l’idea egocentrica di un microbiologo che vorrebbe che perfino il clima dipendesse dai capricci di microorganismi vari. Eppure, Pseudomonas syringae viene costantemente rilevato nell’acqua piovana dall’Antartide fino alle Alpi; nella grandine del Montana la concentrazione può arrivare al migliaio di batteri per millilitro, e i ceppi di batteri precipitati sono distinti da quelli locali, il che significa che generalmente arrivano da lontano.
” Beh ma trovare i batteri nel ghiaccio o nell’acqua non significa che siano responsabili del ghiacciamento o della pioggia” dice lo scettico di turno, rammentando bene che correlazione non implica causazione. Ed ha ragione, di fatto: diversi studi preliminari suggeriscono che l’effetto sul clima globale della nucleazione biologica è piuttosto ridotto, tanto da poter essere trascurabile. I batteri non possono controllare se piove o meno: possono decidere di gettarsi dalle nuvole in cui si trovano momentaneamente, cristallizzando i loro dintorni immediati con le loro proteine nucleanti, ma niente più.
Quindi, tecnicamente, non potete dare la colpa ai batteri se piove proprio quando avete organizzato un picnic con la vostra bella (potete però sempre dare la colpa al governo, se vi va. Alla fine sono tutte forze abiotiche).
Ma potete dire, con ragionevole certezza, che esiste una specie di batteri , alias Pseudomonas syringae, che oltre a parassitare le piante, oltre a sfruttare il ghiaccio per fare parte del suo lavoro, ha imparato a parassitare il dannato ciclo dell’acqua per arrivare dove gli pare sulla terra.
E poi dicono che “parassita” dovrebbe essere un termine dispregiativo. Tzé.
Morris, C., Sands, D., Vinatzer, B., Glaux, C., Guilbaud, C., Buffière, A., Yan, S., Dominguez, H., & Thompson, B. (2008). The life history of the plant pathogen Pseudomonas syringae is linked to the water cycle The ISME Journal, 2 (3), 321-334 DOI: 10.1038/ismej.2007.113
