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雨后泥土香味之谜,已经被揭开了。
一场大雨过后,我们常常能在空气中闻到一种清新自然的泥土味。但科学家会告诉你,这种雨后的泥土“芳香”其实是一些真菌挥发的有机化合物,而且你喜欢的这种味道,其实是细菌部下的“气味陷阱”。
研究简介
最近,一项发表于Nature的文章对这一“气味陷阱”进行了阐释——闻味而来的跳虫在食用这些链霉菌的同时,也帮助后者的子代孢子广泛传播。
图片截自Nature科学研究指出,雨后的泥土味叫“petrichor”(潮土油),是由土壤中含有大量放线菌、粘细菌、蓝细菌和以及丝状真菌散发的具有挥发性有机化合物(VOCs)构成,通常这类化合物包含土臭素(Geosmin)和2-甲基异茨醇(2-MIB)。
下雨时,雨水会导致地面形成水坑,土壤中的这些有机物便能渗入水坑中,并在水面上形成一层薄膜。随着降雨持续,水坑会形成极其微小的气泡,将一些有机物和微小的泥土颗粒带入空气中。
研究发现,即使空气中土臭素和2-甲基异茨醇的浓度极低,我们也能闻到它们的味道。但是,当我们在饮用水和食物中闻到这些分子的气味时,往往会产生恶心的反应,因为这意味着食物和水已经被大量微生物污染了。
研究人员发现,这种气味不仅能够被人类感知,还会吸引一些小型动物,比如Collembola——一种小型节肢动物,俗称跳虫,喜欢潮湿的环境,以土壤中的放线菌、粘细菌等真菌为食。对Collembola而言,这种泥土味更像是“食物香味”。
为了进一步研究,工作人员在实验中分析了土壤中其中一种放线菌——天蓝色链霉菌(Streptomycescoelicolor)。链霉菌属于革兰氏阳性细菌的一种,看起来类似丝状真菌,当它准备繁殖时会产生孢子,这些孢子可以将新生的细菌传播到四面八方。
研究人员观察了跳虫对挥发性气味的反应发现,跳虫不仅对土臭素有感觉,对合成土臭素的中间产物germacradienol以及副产物大根香叶烯-D也能使触角产生电生理反应。
土壤中的链霉菌其实像是一个诱饵,释放出气味信号吸引跳虫。那么,跳虫对这些真菌又有什么作用呢?这里存在着一种特殊的互利关系。
一些研究证实,链霉菌能产生多种对无脊椎动物有害的代谢产物。因此,当土壤中的其他动物,如秀丽隐杆线虫也能感知到这些泥土味的小分子时,它们一般会尝试逃走,避免食用这些对它们来说“有毒”的链霉菌。此外,果蝇也会对土臭素产生强烈的厌恶感,避免了被链霉菌的孢子污染和食用潜在的有毒食物。
但有趣的是,即使以链霉菌作为唯一的食物来源,跳虫却不会“中毒”。研究人员发现,跳虫的基因组含有多个解毒机制相关的基因簇,因此它们能暴露在含有各种有毒物质的土壤中,并食用这些产生毒素的链霉菌。而链霉菌产生的多种抗生素,还能帮助跳虫杀死体内的病原体。考虑到跳虫和链霉菌在土壤中均具有很高的丰富度,研究人员推测这两类生物在很久之前,就形成了这种特殊的“互利”的关系。
实际上,许多在人类看来很诗意很自然的感受,如小鸟的叫声和花朵的清香,从生物学和演化角度来看,更像是这些生物为了繁殖而产生的各种特征性行为。因此,当再一次在空气中闻到泥土味时,我们可能不仅会认为这是一种清新的感受,更想到这是土壤中的生物演化出的、绝佳的繁殖策略。
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