Студент-биолог Линдоу из Висконсинского университета охотился очень методично: он делал многочисленные растворы из листьев и травы, обрызгивал ими кукурузу и проверял ее на морозоустойчивость в специальной холодильной камере. Полтора года экспериментов ни к чему не привели: поймать невидимый микроб не удавалось. Но Линдоу, несмотря на молодость, проявил себя настоящим ученым – он, совмещая учебу и эксперименты, ел быстро, спал мало и проводил все новые и новые серии тестов.
Однажды зимой друзья вытащили Линдоу из лаборатории – покататься в выходные дни на лыжах. Студент отправился на прогулку с неохотой, прервав очередной эксперимент на середине. Вернувшись в лабораторию в понедельник, Стивен разразился ругательствами в адрес своих беспечных друзей: экстракт из листьев, который он приготовил, но еще не испытал, стал за несколько дней мутным и явно испортился.
Линдоу все-таки довел тест до конца и поразился: половина листьев кукурузы, обработанной «испорченным» мутным экстрактом, оказалась повреждена самым незначительным заморозком. Неуловимая бактерия за несколько дней размножилась в экстракте из листьев и выдала себя с головой!
– Вот как полезно отдыхать! – весело сказала Галатея.
– Линдоу быстро проанализировал мутный раствор и опознал коварного врага. Им оказалась бактерия Pseudomonas syringae– псевдомонас сирингае. Это была важная победа – противник обнаружен! Но как этот микроб ухитряется понизить сопротивляемость растения морозам? Это оставалось загадкой.
Исследователи отметили еще одну интересную особенность: чашки с культурой различных бактерий хранились в холодильнике. Как-то он забарахлил и остудил образцы чуть ниже нуля. Все растворы оказались жидкими, за исключением чашек с культурой пойманной бактерии, которая замерзла. Почему? Загадки не кончались…
А в двух тысячах километров от кукурузных полей Висконсина метеорологи Вайомингского университета занимались совсем другой тайной, которая парила высоко над землей.
Атмосферные физики изучали проблему града, который внезапно вываливается из облаков посреди жаркого лета. Действительно, почему капли воды одного облака остаются жидкими даже при минус тридцати, а вода в другом облаке превращается в град при почти нулевой температуре?
Специалисты знали, что вода замерзает при появлении в ней центров кристаллизации, в качестве которых могут выступать, например, частицы пыли. Может, на выпадение града влияют извержения вулканов, выбрасывающих в атмосферу много пыли? Метеоролог Габор Вали исследовал замерзание воды, добавляя к ней вулканический пепел и другие порошки. Но эти исследования к разгадке летнего града не приводили: вода с примесью минеральных порошков замерзала неохотно, и быстрое превращение облака пара в ледяные шарики оставалось непонятным.
Однажды задумчивый ученый пошел погулять со своим ребенком и на детской площадке увидел снег, перемешанный с грязью и травой. Очевидно, что здесь пробежало стадо бодрых слонов на сотне неутомимых ног.
Метеоролог оставался ученым даже на прогулке: он набрал грязного снега с детской площадки, растопил его и проанализировал в своей лаборатории.
У этой мутной воды оказалась самая высокая температура замерзания!
Габор Вали быстро убедился, что легче всего вода замерзает при добавлении в нее обычной почвы, содержащей органические вещества. Но какие именно?
Эстафету охоты на таинственное органическое вещество, которое вызывает опасный град, перехватил ученый Рассел Шнель из университета Вайоминга. Он добавлял в замерзающую воду различные почвы, растертые свежие и сухие листья тополя и ольхи – и измерял, измерял… Удивительно, но в его исследования тоже вмешался случай. Однажды в пятницу Рассел спешил на вечеринку и не успел проверить на замораживаемость один из образцов – воду с измельченной травой. Экспериментатор оставил образец в пластиковом мешке. Несколько дней спустя он увидел, что вода в нем сильно помутнела.
Шнель протестировал жижу – температура ее замерзания оказалась всего минус полтора градуса!
Рассел понял, что за замерзание отвечает какой-то живой микроорганизм, и обратился за помощью к профессору Марте Кристенсен. Вместе со своими студентами она выделила из мутного раствора шестьдесят пять видов грибков и сто видов бактерий. Ученые разделили эти микроорганизмы и исследовали их порознь. Два года исследований увенчались успехом: за быстрое замерзание воды сполна ответила все та же бактерия Pseudomonas syringae.
– Два года?! – воскликнул Андрей. – Молодой биолог нашел этого микроба быстрее. Почему он не сказал об этом своим коллегам?
– В те времена не было электронной почты, Интернета и роботов-поисковиков. Письма на бумаге отправляли медленной почтой, исследования печатались в разных бумажных журналах, причем ботаники обычно читали одни журналы, а метеорологи – совсем другие. Но, хоть и с опозданием, биологи и физики узнали, что одна и та же бактерия отвечает за биологический эффект вымерзания земных растений и за физический эффект образования небесных градин.
– Мама, как много людей ловили одну бактерию! – поразилась Галатея.
– На самом деле исследователей было еще больше. Я просто не всех упомянула. Современная наука редко делается в одиночку – ученые обычно работают коллективно, помогая друг другу. Но загадки на этом не кончились. Оставалось ответить на вопрос: как обнаруженная бактерия ухитрилась командовать образованием льда?
Исследователи установили, что ее оболочка покрыта особым белком. Но лишь спустя двадцать лет после «поимки» Pseudomonas syringaeрусский биофизик Каява и американский биолог Линдоу выяснили, как данный микроб получает власть над градом и растениями.
Оказалось, что бактерия «обманывает» воду! Белковая оболочка бактерии имитирует структуру льда, жульнически «прикидываясь» поверхностью ледяного кристалла. Обманутые молекулы охлажденной воды пристраиваются к «фальшивому льду», и на шкуре бактерии вырастает настоящий и острый ледяной кристалл, похожий на кинжал.
Ледяной кинжал оказался очень полезным оружием для бактерий. Они добывают себе пищу, опустошая питательные кладовые растения, – выедают внутренности клеток. Но переходить из клетки в клетку бактериям трудно – растительные клетки отделяются одна от другой твердыми стенками. Именно они отвечают за прочность листа и самой древесины. Поэтому бактерия Pseudomonas syringaeвыращивает ледяной рог и легко протыкает им жесткие оболочки клеток, добавляя себе и своему потомству питательного жизненного пространства. Листья кукурузы, разрезаемые изнутри миллионами острых кинжалов «ледяных бактерий», быстро чернеют и гниют. Засохшие листья осыпаются, и бактерии смешиваются с почвой.
Сильный ветер поднимает пыль с бактериями в облака.
Лед послушно образуется на оболочке бактерий даже в тучах, но резать в облаках некого, и ледяной кристалл просто вырастает в кусок льда и падает на землю. Так возникает град, который возвращает бактерии на землю и заодно повреждает растения, делая их еще более беззащитными перед микробами, умеющими выращивать ледяные ножи.
Так и живут эти микроскопические повелители льда, радуясь своему полезному таланту.
– Грабители! – осуждающе сказал Андрей.
– Ученые, узнав коварную бактерию в лицо, не медлили – генетики стали выводить микробов, которые вытесняют бактерий – носителей ледяного оружия, но сами неопасны для растений. А химики сумели синтезировать вещество, которое действует аналогично белку на оболочке Pseudomonas syringae.Метеорологи используют это вещество для управления осадками и предотвращения крупного града.
Постепенно ученые стали понимать, насколько важную роль играют бактерии Pseudomonas syringaeв погоде и природе нашего мира. Фактически они командуют не только градом, но и обычными снегопадами: их находят даже в снеге, выпадающем в Антарктиде. Микроскопические «властители льда» настолько эффективно кристаллизуют воду, что раствор с белком этих бактерий стали добавлять в снеговые пушки, создающие покрытие горнолыжных трасс.
Вот с какой пользой поохотились ученые на таинственного микроба, замораживающего воду. Интересно, что эта бактерия выполняет и полезную функцию – благодаря ей упавшие осенние листья быстрее гниют и возвращают накопленные питательные вещества в почву.
– Какие хитрые микробы, – сказал сонным голосом Андрей. – Даже колючки на себе научились выращивать.
– Мы, люди, еще хитрее! – возразила Галатея.
Дзинтара улыбнулась, поправила одеяло Галатеи и подушку Андрея.
