想象一下，夏季連旱幾日，忽下一場(chǎng)大雨，將大地洗刷一遍，樹(shù)葉更綠花更紅，連空氣都會(huì)彌漫著一股泥土的清香。于是你深呼吸一口，以為感受到了大自然的清香。

但科學(xué)家會(huì)告訴你，這種雨后的泥土“芳香”其實(shí)是一些真菌揮發(fā)的有機(jī)化合物，而且你喜歡的這種味道，其實(shí)是細(xì)菌部下的“氣味陷阱”，吸引跳蟲(chóng)食用以幫助鏈霉菌子代孢子傳播。

雷鋒網(wǎng)注：圖片截自 Nature

近日，一項(xiàng)發(fā)表于 Nature 的文章對(duì)這一“氣味陷阱”進(jìn)行了闡釋?zhuān)撐念}為“Developmentally regulated volatiles geosmin and 2-methylisoborneol attract a soil arthropod to Streptomyces bacteria promoting spore dispersal”。

跳蟲(chóng)與鏈霉菌

科學(xué)研究指出，雨后的泥土味叫“petrichor” （潮土油），是由土壤中含有大量放線(xiàn)菌、粘細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌和以及絲狀真菌散發(fā)的具有揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）構(gòu)成，通常這類(lèi)化合物包含土臭素（Geosmin）和 2-甲基異茨醇（2-MIB）。

事實(shí)上，這些分子氣味不僅存在于土壤中，還日常生活中也很常見(jiàn)。只不過(guò)，當(dāng)你在飲水機(jī)或者食物上問(wèn)到這種分子的氣味時(shí)，可能就不會(huì)以為是“香味”了，而可能是“餿味”；也就是說(shuō)這些食物/水已被微生物污染了。

不過(guò)，最新研究并不是繼續(xù)探討這一氣味的來(lái)源，而是研究“土臭素和其他鏈霉菌揮發(fā)性有機(jī)化合物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的作用”。

跳蟲(chóng)長(zhǎng)這樣 ↑

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種氣味不僅能夠被人類(lèi)感知，還會(huì)吸引一些小型動(dòng)物，比如 Collembola——一種小型節(jié)肢動(dòng)物，俗稱(chēng)跳蟲(chóng)，喜歡潮濕的環(huán)境，以土壤中的放線(xiàn)菌、粘細(xì)菌等真菌為食。對(duì) Collembola 而言，這種泥土味更像是“食物香味”。

為了進(jìn)一步研究，工作人員在實(shí)驗(yàn)中分析了土壤中其中一種放線(xiàn)菌——天藍(lán)色鏈霉菌（Streptomyces coelicolor）。鏈霉菌屬于革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的一種，看起來(lái)類(lèi)似絲狀真菌，當(dāng)它準(zhǔn)備繁殖時(shí)會(huì)產(chǎn)生孢子，這些孢子可以將新生的細(xì)菌傳播到四面八方。

研究人員觀(guān)察了跳蟲(chóng)對(duì)揮發(fā)性氣味的反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，跳蟲(chóng)不僅對(duì)土臭素有感覺(jué)，對(duì)合成土臭素的中間產(chǎn)物 germacradieno l 以及副產(chǎn)物大根香葉烯-D 也能使觸角產(chǎn)生電生理反應(yīng)。

特殊的“互利”關(guān)系

土壤中的鏈霉菌像是一個(gè)誘餌，釋放出氣味信號(hào)吸引跳蟲(chóng)。那么，跳蟲(chóng)對(duì)這些真菌又有什么作用呢？

研究指出，跳蟲(chóng)能夠幫助真菌孢子的擴(kuò)散，幫助鏈霉菌完成生命周期。跳蟲(chóng)幫助孢子傳播的方式主要有兩種，一是體表粘附；二是食用后通過(guò)排泄傳播。

論文指出，跳蟲(chóng)體表皮膚具有抗粘性，且覆蓋了疏水性的蠟質(zhì)層，大部分真菌無(wú)法吸附在跳蟲(chóng)表面，但孢子可以。研究人員發(fā)現(xiàn)，在接觸鏈霉菌的跳蟲(chóng)體表上，存在 1 萬(wàn)~10 萬(wàn)個(gè)鏈霉菌孢子，主要吸附于跳蟲(chóng)剛毛之上。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在跳蟲(chóng)排泄物中，有 70.8％ 的跳蟲(chóng)糞便顆粒含有活的鏈霉菌孢子。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了孢子能夠在跳蟲(chóng)的腸道中存活并通過(guò)排泄再次進(jìn)行傳播。

值得注意的是，跳蟲(chóng)與鏈霉菌之間不僅是單一向的利益驅(qū)動(dòng)，而是存在著一種特殊的“互利”關(guān)系。

有研究指出，鏈霉菌會(huì)產(chǎn)生一些有害的代謝產(chǎn)物，不利于無(wú)脊椎動(dòng)物食用。但對(duì)跳蟲(chóng)而言，鏈霉菌是其唯一的食物來(lái)源，這主要?dú)w功于跳蟲(chóng)基因組中含有的多個(gè)解毒機(jī)制相關(guān)的基因簇。另外，鏈霉菌能夠產(chǎn)生多種抗生素，幫助跳蟲(chóng)殺死體內(nèi)的病原體。

泥土清香之謎

關(guān)于雨后泥土味道的研究最早可回溯至 1881 年，科學(xué)家 Berthelot 和 Andre 發(fā)現(xiàn)，這種土壤氣味能夠以蒸餾方式提取出。

而后，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基上培養(yǎng)的粘細(xì)菌也會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的土腥味，由此推測(cè)可能與雨后空氣中的“泥土的氣息”有關(guān)。

到了 1964 年，澳大利亞研究者 I. J. BEAR 和 R. G. THOMAS 對(duì)該氣味作出了解釋?zhuān)⒃摎馕睹麨?petrichor。研究人員指出，這一泥土氣味與放線(xiàn)菌相關(guān)。放線(xiàn)菌主要存在于潮濕土壤中，并且會(huì)在土壤中生成孢子。而雨后的泥土氣息就來(lái)自于放線(xiàn)菌在生成孢子的過(guò)程中所產(chǎn)生的代謝物質(zhì)，也就是土臭素的味道。

雷鋒網(wǎng)注：圖片截自論文

另外，約翰英納斯研究中心（John Innes Centre）的分子微生物學(xué)主任 Mark Buttner 教授曾向 BBC 記者表示：

人們聞到的潮濕土壤味實(shí)際上那是某種細(xì)菌產(chǎn)生的分子。這種分子名為土臭素，由鏈霉菌產(chǎn)生。大多數(shù)健康的土壤中都存在鏈霉菌，它們也被用于制造抗生素。撞擊地面的水滴使土臭素釋放到空氣中，陣雨之后的土臭素濃度遠(yuǎn)高于下雨之前。很多動(dòng)物對(duì)它都很敏感，尤其是人類(lèi)。

由此，雨后泥土香味之謎，也就被揭開(kāi)了。雷鋒網(wǎng)

參考資料：

【1】https://www.nature.com/articles/s41564-020-0697-x

【2】https://www.sciencealert.com/that-rain-smell-turns-out-we-re-smelling-the-circle-of-life

【3】https://www.readcube.com/articles/10.1038/201993a0

【4】https://www.nature.com/articles/2071415a0

【5】https://www.zhihu.com/question/23568078

【6】https://tech.sina.com.cn/d/v/2020-04-10/doc-iirczymi5450532.shtml

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