问题——水低于0℃时并不一定会结冰；科学界普遍认为，结冰不仅由温度决定，还取决于是否存在“冰核”等触发因素；在缺乏冰核时，水可以在更低温度下保持液态。长期以来，微生物冰核研究多聚焦于丁香假单胞菌等细菌，其冰核蛋白已用于部分人工造雪产品。但这类蛋白往往需要依赖细胞膜“锚定”才能保持较高活性，导致应用中的稳定性和环境适应性受限。 原因——真菌可能“借来并改造”了造冰能力。研究团队将目光投向土壤中广泛存在的被孢霉科真菌。早期观察显示它们具备较强的催冰能力，但关键分子基础一直不清楚。本研究对两种强冰核活性的被孢霉科真菌进行全基因组分析，发现其基因组中存在与细菌冰核基因InaZ高度同源的序列；该序列的GC含量等特征与真菌常规基因差异明显，却更接近细菌。结合系统发育关系与密码子偏好等证据，研究推断：真菌的造冰基因很可能来源于远古时期环境细菌向真菌发生的水平基因转移。更关键的是，真菌在获得该基因后进行了结构上的“再加工”：涉及的蛋白缺少细菌常见的膜锚定结构，并在关键位置新增可能形成二硫键的半胱氨酸位点，从而提升蛋白稳定性。 影响——效率、稳定性与环境意义需要重新评估。为验证功能，研究人员将该真菌基因分别导入原本不具备强冰核活性的酿酒酵母和大肠杆菌。结果显示，表达该蛋白后，样本在约-7℃就出现明显结冰比例，相比对照组更早触发结冰。继续实验与计算分析表明，该蛋白可通过多聚化形成更大的“造冰平台”，三聚体、五聚体在较温和的低温条件下即可表现出较高催冰效率。同时，该蛋白不依赖细胞膜结构，可分泌到细胞外水环境，并能在较宽酸碱范围及反复冻融条件下保持活性，环境耐受性更强。研究认为，这些特性不仅有利于提升潜在应用的稳定性，也提示土壤真菌及其孢子、分泌蛋白进入大气后，可能影响云中冰相形成、降水过程乃至辐射平衡，在气溶胶与云微物理研究中值得获得更高关注。 对策——从实验发现到工程应用仍有多道门槛。业内人士指出，将该类蛋白用于人工增雨、造雪或冷链与生物样本保存，仍需系统评估安全性、生态影响与生产可控性。一上，应建立标准化的活性测定与质量控制体系，明确其不同温湿条件下的效能边界；另一上，需要推进规模化表达、纯化与长期储运稳定性研究，并同步完善风险评估与监管框架，避免证据不足时扩大使用范围。在气候研究上，建议在更多地区开展土壤真菌冰核来源的观测与定量工作，完善云凝结核/冰核的参数化方案，为模型改进提供可检验的输入数据。 前景——更环保的冰核材料与更精准的气候预测值得期待。与传统人工催冰材料相比，本研究揭示的真菌冰核蛋白具备低剂量活性和较强环境适应性，为研发更高效、潜在环境负担更低的人工增雨与造雪制剂提供了新思路；在食品冷冻、低温加工与生物样本保存等场景，也可能带来更可控的成冰策略。同时，若其在自然界中的输送与作用机制得到进一步验证，未来气候模式对生物源冰核的描述有望更细化，从而提升对降水变化与极端天气风险的预测能力。
这项研究揭示了基因在自然环境中被“引入—改造—优化”的可能路径，也为材料开发、冷链技术与气候研究提供了新的交叉切入点。未来若能在规模化生产、应用安全与监管评估上取得进展，这类由“自然工程”塑造的冰核蛋白或将为人工增雨造雪、样本保存以及气候风险研判带来更可行的工具，也再次说明基础研究能够为现实问题提供关键支撑。