Bakterie, växter, insekter och fisk använder frostskydds proteiner för att skydda sig mot kylan. Proteinerna blockerar tillväxten av iskristaller. I en ny studie, en tysk-israelisk forskargrupp har bekräftat att dessa proteiner också har en ovanlig andra egenskap:vid låga temperaturer, de kan främja istället för att hämma tillväxten av iskristaller.

Studien samlade forskare från Bielefeld University, hebreiska universitetet i Jerusalem och Weizmann Institute of Science i Rehovot (Israel). Det publiceras i Journal of Physical Chemistry Letters .

"Vi studerar hur speciellt, naturligt förekommande proteiner påverkar de minsta iskristallerna - kristallembryon, "säger professor dr. Thomas Koop. Kemisten leder Bielefeld -universitetets forskargrupp Atmospheric and Physical Chemistry.

"I vanliga fall, sådana proteiner säkerställer att kristallembryon neutraliseras och inte växer till stora iskristaller, "säger han. Den dynamiken är avgörande för överlevnaden av mjölmaskbaggarnas larver, till exempel. De använder ett protein för att skydda deras hud och kroppsvätskor från skador som orsakas av iskristaller. När utetemperaturen sjunker, larverna utsöndrar ett frostskydds -protein i sina kroppsvätskor. Proteinmolekylerna täcker ytan av kristallembryon, och därmed hindra dem från att växa sig tillräckligt stora för att skada cellerna.

"Däremot, det finns många andra organismer som kan dra nytta av att få vatten att bli till is, "säger Koop. Detta är fallet med vissa bakterier som utlöser isbildning, till exempel. De utsöndrar proteiner på vilka kristallembryon kan bildas, eller nukleat från det kalla flytande vattnet, och därefter växa till stora iskristaller. Vissa bakterier kan använda detta för att dela upp huden på en tomat.

Tills nu, vetenskapen har betraktat isfrämjande och ishämmande proteiner som två olika typer av proteiner. Det indikeras också av deras olika storlekar:Ishämmande proteiner består av små molekyler; isfrämjande proteiner, av stora, långa molekyler.

"Dock, de nya experimenten visar att en frostskyddsmolekyl inte bara kan hämma isens tillväxt, det kan också utlösa dess tillväxt, "säger Koop.

Forskarna har testat två naturligt förekommande frostskydds -proteiner:ett protein från mjölmaskbaggarnas larver och ett protein från en arktisk fisk, havstoppen. De observerade effekten av proteinerna på tunna mikrofluidiska chips som utvecklats vid Weizmann Institute, som genomsyras av mikroskopiskt små kanaler med droppfällor. De tog rent destillerat vatten och tillsatte en bestämd koncentration av det specifika proteinet. Sedan injicerade de denna proteinlösning i chipet. I chipet, minutsdroppar vatten samlades i droppfällorna. Sedan placerade de chipsen i en temperaturkontrollerad kylkammare som kylde ner dem till minus 40 grader.

"De rena dropparna i vårt chip borde faktiskt först frysa vid minus 38,4 grader, "säger Koop. Men det motsatta inträffade. "När dropparna innehöll de påstått ishämmande frostskydds-proteinerna, iskristallembryon började redan bildas och växa vid varmare temperaturer. "Därför, när det gäller proteinet från mjölmaskbaggarnas larver, hälften av alla droppar började redan frysa vid minus 33,9 grader. "Detta gjorde det möjligt för oss att visa att huruvida antifrostproteinerna har ishämmande eller isfrämjande egenskaper beror på temperaturen. Det har spekulerats om ambivalensen av sådana proteiner i många år, men vi är de första som bekräftar detta experimentellt, "säger professor Dr Ido Braslavsky från hebreiska universitetet i Jerusalem. Professor Dr. Yinon Rudich från Weizmann -institutet tillägger, "Det var bara att ha chipet som gjorde att vi experimentellt kunde studera isbildning genom frostskydds -proteiner."

Några av experimenten för studien utfördes vid Bielefeld University. Kompletterande frysningsexperiment och flisarna som används för att studera vattnet samt proteinlösningarna kom från Weizmann Institute of Science i Rehovot. Frostskyddsproteinerna från mjölmaskbaggen och artfiskens larver producerades vid hebreiska universitetet i Jerusalem på Rehovot campus. Ishämning av samma proteinlösningar påvisades också där.

Ishämmande och isfrämjande proteiner är inte bara vanliga i naturen. Nu för tiden, de används också som tekniska hjälpmedel. Till exempel, frostskydds proteiner i lack kan hjälpa till att skydda de lackerade ytorna mot frost. Proteinerna kan också läggas till glass för att hålla den krämig. Isbildande proteiner används i, till exempel, skidorter så att konstsnö redan kan produceras vid en temperatur på minus 3 grader utan att behöva vänta på att temperaturen sjunker ytterligare.