バイオプレシピテーション

バイオプレシピテーションは雨を降らせ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。ほこり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]

氷核細菌由来の氷核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化と生物沈殿に関与していることが判明した。^[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の氷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如しています。この表面タンパク質の欠如により、氷形成にはあまり好ましくない環境が提供されます。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変更できるようになり、氷マイナス株の作成が可能になりました。P . syringaeの氷マイナス株を植物の表面に導入すると、株間の競合が発生します。氷マイナス株が勝利すると、 P. syringaeによって提供される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

雲中に存在する細菌は、降雨を利用して環境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・クリストナー氏によると、この細菌は南極、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。この細菌は陸上生態系と雲の間のフィードバックループの一部であると考えられている。クリスティン氏によると、この細菌は降雨を利用して新しい生息地に広がっていく可能性がある。これは、植物が風で運ばれた花粉に依存しているのとほぼ同じで、花粉は細菌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

細菌や真菌の特定の種は、-10℃から0℃の温度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]氷核剤がなければ、水を凍ら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℃で凍ることができます。細菌が死んだ後も、糖タンパク質は氷の結晶化を続けます。これは、氷核形成部位で氷を模倣することで行われ、氷格子の形成のテンプレートとして機能します。^[7]多くのスキー場では、市販されている凍結乾燥された細菌種Pseudomonas syringae由来の氷核タンパク質製剤を使用して、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引き起こす可能性のある、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.
^ モリス、シンディ E.、他「生物沈殿：大気中の生物学的氷核形成因子を介した地球の歴史、生態系のダイナミクス、土地利用を結びつけるフィードバックサイクル」地球変動生物学、第20巻、第2号、2013年、341～351頁、doi：10.1111/gcb.12447。
^ Brent Christner (2008年2月28日). 「LSUの科学者が雨を降らせる細菌の証拠を発見」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pb(ii)バイオ沈殿：責任あるバイオ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「ギリシャの雪のサンプル中の生物学的氷核形成物質」Atmosphere 2021,12,1461. doi :10.3390/atmos12111461
^ Schiermeier, Quirin (2008-02-28). 「世界中で雨を降らせる細菌が発見される」. Nature . doi : 10.1038/news.2008.632 . ISSN 0028-0836.
^ Halsall, Mark. 「Snomax: もっと雪が必要か?」Snow Grooming Magazine . 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.

[1] 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.

[2] モリス、シンディ E.、他「生物沈殿：大気中の生物学的氷核形成因子を介した地球の歴史、生態系のダイナミクス、土地利用を結びつけるフィードバックサイクル」地球変動生物学、第20巻、第2号、2013年、341～351頁、doi：10.1111/gcb.12447。

[eurekalert.org-3] Brent Christner (2008年2月28日). 「LSUの科学者が雨を降らせる細菌の証拠を発見」アメリカ科学振興協会. 2011年1月31日閲覧。

[National_Geographic_01-4] 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。

[5] Cilliers, C., Neveling, O., Tichapondwa, SM, Chirwa, EMN, & Brink, HG (2022). 「微生物によるpb(ii)バイオ沈殿：責任あるバイオ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

[6] Georgakopoulos,DG「ギリシャの雪のサンプル中の生物学的氷核形成物質」Atmosphere 2021,12,1461. doi :10.3390/atmos12111461

[7] Schiermeier, Quirin (2008-02-28). 「世界中で雨を降らせる細菌が発見される」. Nature . doi : 10.1038/news.2008.632 . ISSN 0028-0836.

[snowgrooming-8] Halsall, Mark. 「Snomax: もっと雪が必要か?」Snow Grooming Magazine . Integrit Media Inc. 2015 年9 月 2 日閲覧。

[9] 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.