mainz. Forscher haben die Ursache gefunden, warum ein Mikroorganismus Wasser schneller gefrieren lässt
Ein Bakterium erspart den Nutzern von Schneekanonen eine Menge Energie: Denn Pseudomonas syringae lässt Wasser bei höheren Temperaturen gefrieren als gewöhnlich.
Ein internationales Wissenschaftlerteam um Tobias Weidner vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz hat nun die Oberfläche des Bakteriums analysiert und ermittelt, wie der Mikroorganismus zur Eisbildung beiträgt: Wahrscheinlich befördere insbesondere ein Wechsel von wasserbindenden und wasserabweisenden Strukturen die Eisbildung enorm, berichtet das Team im Fachjournal „Science Advances“.
Pseudomonas syringae ist für Pflanzen gefährlich
Das Bakterium Pseudomonas syringae ist sehr weit verbreitet. Es besiedelt Böden und Pflanzen und kann beim Menschen auch Krankheiten verursachen. Für Pflanzen ist es vor allem in der kalten Jahreszeit gefährlich: Durch seine Fähigkeit, schon knapp unter null Grad Celsius Eis zu bilden, verursacht es Frostschäden an den Pflanzen, auf denen es siedelt. Das betrifft auch landwirtschaftliche Nutzpflanzen. Proteine des Mikroorganismus werden in manchen Skigebieten für Beschneiungssysteme eingesetzt.
„Zwei Bedingungen fördern die Eiskeimbildung an der Grenzfläche“, schreiben die Autoren. „Die Ausrichtung des Wassers in eine regelmäßige Struktur und eine wirksame Entfernung von latenter Wärme beim Phasenübergang.“ Diese Voraussetzungen fanden die Forscher in dem Oberflächenprotein inaZ des Bakteriums erfüllt: Wasserbindende und wasserabweisende sind abwechselnd in genau jenen Abständen angeordnet, die dem Kristallgitter von Wassereis entsprechen.
Gewöhnlich wird Eisbildung durch den Umstand verzögert, dass beim Gefrieren Wärme frei wird – nämlich die Energie, die aus der Bewegung der Moleküle stammt. Bei ihren Messungen entdeckten die Wissenschaftler, dass das Bakterienprotein diese Wärme sehr schnell von der Oberfläche abführt. Den genauen Mechanismus dafür klärte das Team allerdings nicht. Für die Analyse nutzten die Forscher die sogenannte Summenfrequenzspektroskopie. Mithilfe zweier Laserstrahlen wird dabei die Struktur der Oberfläche sichtbar gemacht.
Die Eigenschaften des Bakteriums sind nicht nur für Kunstschneeproduzenten interessant. Da Pseudomonas syringae und andere Mikroorganismen häufig weggeweht und in höhere Luftschichten gewirbelt werden, haben sie vermutlich auch Auswirkungen auf die Eisbildung in Wolken sowie die Entstehung und Entwicklung von Niederschlägen.
dpa