Nature 論文最新發現:雨後的泥土清香,其實是一種生物陷阱

想像一下，夏季連旱幾日，忽下一場大雨，將大地洗刷一遍，樹葉更綠花更紅，連空氣都會瀰漫著一股泥土的清香。於是你深呼吸一口，以為感受到了大自然的清香。

但科學家會告訴你，這種雨後的泥土「芳香」其實是一些真菌揮發的有機化合物，而且你喜歡的這種味道，其實是細菌部下的「氣味陷阱」，吸引跳蟲食用以幫助鏈黴菌子代孢子傳播。

雷鋒網(公眾號：雷鋒網)註：圖片截自 Nature

近日，一項發表於 Nature 的文章對這一「氣味陷阱」進行了闡釋，論文題為「Developmentally regulated volatiles geosmin and 2-methylisoborneol attract a soil arthropod to Streptomyces bacteria promoting spore dispersal」。

跳蟲與鏈黴菌

科學研究指出，雨後的泥土味叫「petrichor」 （潮土油），是由土壤中含有大量放線菌、粘細菌、藍細菌和以及絲狀真菌散發的具有揮發性有機化合物（VOCs）構成，通常這類化合物包含土臭素（Geosmin）和 2-甲基異茨醇（2-MIB）。

事實上，這些分子氣味不僅存在於土壤中，還日常生活中也很常見。只不過，當你在飲水機或者食物上問到這種分子的氣味時，可能就不會以為是「香味」了，而可能是「餿味」；也就是說這些食物/水已被微生物汙染了。

不過，最新研究並不是繼續探討這一氣味的來源，而是研究「土臭素和其他鏈黴菌揮發性有機化合物在土壤生態系統中的作用」。

跳蟲長這樣 ↑

研究人員發現，這種氣味不僅能夠被人類感知，還會吸引一些小型動物，比如 Collembola——一種小型節肢動物，俗稱跳蟲，喜歡潮溼的環境，以土壤中的放線菌、粘細菌等真菌為食。對 Collembola 而言，這種泥土味更像是「食物香味」。

為了進一步研究，工作人員在實驗中分析了土壤中其中一种放線菌——天藍色鏈黴菌（Streptomyces coelicolor）。鏈黴菌屬於革蘭氏陽性細菌的一種，看起來類似絲狀真菌，當它準備繁殖時會產生孢子，這些孢子可以將新生的細菌傳播到四面八方。

研究人員觀察了跳蟲對揮發性氣味的反應發現，跳蟲不僅對土臭素有感覺，對合成土臭素的中間產物 germacradieno l 以及副產物大根香葉烯-D 也能使觸角產生電生理反應。

特殊的「互利」關係

土壤中的鏈黴菌像是一個誘餌，釋放出氣味信號吸引跳蟲。那麼，跳蟲對這些真菌又有什麼作用呢？

研究指出，跳蟲能夠幫助真菌孢子的擴散，幫助鏈黴菌完成生命周期。跳蟲幫助孢子傳播的方式主要有兩種，一是體表粘附；二是食用後通過排洩傳播。

論文指出，跳蟲體表皮膚具有抗粘性，且覆蓋了疏水性的蠟質層，大部分真菌無法吸附在跳蟲表面，但孢子可以。研究人員發現，在接觸鏈黴菌的跳蟲體表上，存在 1 萬~10 萬個鏈黴菌孢子，主要吸附於跳蟲剛毛之上。

研究人員發現，在跳蟲排洩物中，有 70.8％ 的跳蟲糞便顆粒含有活的鏈黴菌孢子。這一發現證實了孢子能夠在跳蟲的腸道中存活並通過排洩再次進行傳播。

值得注意的是，跳蟲與鏈黴菌之間不僅是單一向的利益驅動，而是存在著一種特殊的「互利」關係。

有研究指出，鏈黴菌會產生一些有害的代謝產物，不利於無脊椎動物食用。但對跳蟲而言，鏈黴菌是其唯一的食物來源，這主要歸功於跳蟲基因組中含有的多個解毒機制相關的基因簇。另外，鏈黴菌能夠產生多種抗生素，幫助跳蟲殺死體內的病原體。

泥土清香之謎

關於雨後泥土味道的研究最早可回溯至 1881 年，科學家 Berthelot 和 Andre 發現，這種土壤氣味能夠以蒸餾方式提取出。

而後，有科學家發現，培養基上培養的粘細菌也會產生類似的土腥味，由此推測可能與雨後空氣中的「泥土的氣息」有關。

到了 1964 年，澳大利亞研究者 I. J. BEAR 和 R. G. THOMAS 對該氣味作出了解釋，並將該氣味命名為 petrichor。研究人員指出，這一泥土氣味與放線菌相關。放線菌主要存在於潮溼土壤中，並且會在土壤中生成孢子。而雨後的泥土氣息就來自於放線菌在生成孢子的過程中所產生的代謝物質，也就是土臭素的味道。

雷鋒網註：圖片截自論文

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

人們聞到的潮溼土壤味實際上那是某種細菌產生的分子。這種分子名為土臭素，由鏈黴菌產生。大多數健康的土壤中都存在鏈黴菌，它們也被用於製造抗生素。撞擊地面的水滴使土臭素釋放到空氣中，陣雨之後的土臭素濃度遠高於下雨之前。很多動物對它都很敏感，尤其是人類。

由此，雨後泥土香味之謎，也就被揭開了。雷鋒網

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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