冰點之上也可制冰——看細菌來大顯身手

材料牛注：水珠結冰在現實生活中已經見怪不怪，但是，你是否想過細菌也可以參與其中？讓我們跟隨科學家來近距離探索細菌致冰的神奇之旅。

圖示即為冰晶。馬普研究所的研究人員發現，某些細菌可以影響水滴中水分子的排列順序及其運動。因此，冰晶可以在0℃或更低的溫度下生長，而不僅僅是以-37℃為臨界點。經研究發現，主要是在細菌表面的蛋白質分子有助于推進結冰過程的進行。

由德國和美國的研究人員組成的由來自德國、美國的一個聯合研究小組近距離地觀察了一類細菌，發現它們會促進水珠結冰，有時甚至在冰點之上也能發生。科學家腦袋里潛藏的好奇因子促使他們對此進行了深入研究。

很早之前，科學家就已經發現某些細菌有促進冰晶生長的神奇作用——滑雪場人工造雪就是一個很好地應用。但是直到現在，科學家并不清楚其中確切的理論機制。

在此次研究中，研究人員使用一種叫做和頻光譜儀的設備，使近距離地觀察冰晶的形成及生長過程成為可能。他們以丁香假單胞菌為例，分別觀察了其在空氣中以及物體表面兩種位置生長冰晶的詳細過程，結果發現，細菌可以通過兩種不同的機制來促進冰晶的生長。

第一種技術的關鍵在于細菌體外圍的蛋白質層——擁有疏水性和親水性兩種基團，這一相反的作用力使得細菌來回反復搖晃水分子，就像搖曳的拖船，從而誘導表面冰晶的形成和不斷生長。

第二種技術則是利用振動將一字排開的分子周圍的熱量散移，使溫度逐漸降低直到達到冰晶形成的溫度。

研究人員同時指出，細菌本身也含有抗凍蛋白質，使自己具有防凍的功能。與此同時，他們認為這項發現可能對地球科學家的研究有一定作用，因為在大氣中，細菌致冰占據冰晶形成的主導力量，植物表層結冰也是同樣的道理。再者，對結冰過程的進一步研究也有助于結冰甚至是除冰產品的開發。

這項研究成果發表于近期的Science Advance，論文鏈接：Ice-nucleating bacteria control the order and dynamics of interfacial water?

參考原文：A close up look at how bacteria make

文章由材料人編輯部王宇提供素材，牛蕾編譯，任丹丹審核