Научное исследование, которое рассказывает из чего состоит запах весны
Это почти запах "дерьма" микрооранизмов
Возможно, вы никогда не слышали о геосмине, но, где бы вы ни находились на этой планете, скорее всего, вы узнаете его запах.
Геосмин — это соединение, присутствующее в почве, которое создает характерный землистый запах весны. Этот аромат особенно заметен после дождя или при копании земли. Человеческий нос настолько чувствителен к геосмину, что способен уловить его при концентрации всего сто частей на триллион. Другими словами, мы ощущаем геосмин лучше, чем акулы чувствуют кровь.
Но зачем существует этот запах, который ароматизирует планету уже почти полмиллиарда лет? Новые исследования ученых из Швеции и Великобритании отвечают на этот вопрос.
Секрет, согласно исследованию, опубликованному в Nature Microbiology, заключается в древних взаимовыгодных отношениях между почвенными бактериями Streptomyces и примитивными шестиногими существами, называемыми ногохвостками (Collembola).
Streptomyces — это важные бактерии, которые производят широкий спектр органических соединений, включая химическое «оружие» для борьбы с врагами в почве. Эти соединения были адаптированы для использования человеком и стали одними из самых эффективных антибиотиков в мире.
Бактерии также производят геосмин и другие летучие органические соединения (VOC). Хотя виды Streptomyces сильно различаются молекулярное. Все они без исключения производят геосмин.
«Тот факт, что все они вырабатывают геосмин, предполагает, что это соединение дает бактериям избирательное преимущество, иначе они бы этого не делали», — объясняет профессор Марк Баттнер из Центра Джона Иннеса, один из авторов исследования.
«Поэтому мы предположили, что геосмин является сигналом для кого-то, и самым очевидным кандидатом оказались животные или насекомые, которые могут помочь в распространении спор Streptomyces».
Чтобы выяснить, что именно привлекает к запаху геосмина, исследователи в Швеции разложили сеть ловушек с приманкой из Streptomyces. Другие ловушки содержали контрольные вещества.
Эксперименты показали, что ногохвостки привлекались к приманке из Streptomyces. В дальнейших лабораторных экспериментах ногохвосток по одной запускали в Y-образную трубку каждые 20 минут, чтобы избежать группового эффекта, наблюдая, следуют ли они за запахом геосмина и других VOC.
Наконец, команда использовала метод электроантеннографии, вставляя крошечные электроды в антенны ногохвосток длиной 1,5 мм, чтобы наблюдать их реакции на последовательность молекул.
Все эксперименты привели к одному очевидному выводу: ногохвостки были сильно привлекаемы геосмином и другим землистым соединением, называемым 2-метилизоборнеолом (2-MIB), которое также вырабатывается Streptomyces.
Исследование показывает, что геосмин и 2-MIB являются химическими сигналами, которые направляют ногохвосток к Streptomyces как лучшему источнику пищи, который убивает других организмов, таких как нематоды и плодовые мушки, но безопасен для ногохвосток благодаря их способности детоксифицировать антибиотики.
В свою очередь, ногохвостки помогают распространять споры Streptomyces двумя способами: через дефекацию и распределение спор, прилипших к их телу. Исследование показало, что споры выживают при прохождении через кишечник ногохвосток и образуют новые колонии Streptomyces.
Профессор Баттнер объясняет: «Это взаимная выгода. Ногохвостки питаются Streptomyces, поэтому геосмин привлекает их к ценному источнику пищи. А ногохвостки распределяют споры, прилипшие к их телу и находящиеся в их фекалиях, что способствует распространению Streptomyces. Это похоже на птиц, поедающих плоды растений. Они получают пищу, но также распространяют семена, что выгодно растениям.»
Сканирующая электронная микроскопия показала, что тела ногохвосток покрыты спорами Streptomyces — оба организма гидрофобны, что способствует прилипанию гидрофобной оболочки спор к водонепроницаемому восковому слою, покрывающему ногохвосток.
Геномный анализ показал, что гены Streptomyces, отвечающие за производство геосмина, контролируются теми же регуляторами, что и процесс споруляции.
Этот механизм координирует выброс геосмина и 2-MIB с финальной стадией развития колонии, когда производятся споры.
«Эти выводы объясняют ранее наблюдаемую корреляцию между производством геосмина и споруляцией у Streptomyces,» — добавляет профессор Баттнер.
«Раньше мы думали, что споры Streptomyces распространяются ветром и водой, но в маленьких воздушных карманах почвы этому мало места. Поэтому эти маленькие примитивные существа стали важны для завершения жизненного цикла Streptomyces, одного из важнейших источников антибиотиков, известных науке.»
В следующий раз, гуляя по лесу или копая в саду и замечая запах весны, задумайтесь о ногохвостках и Streptomyces, трудящихся в почве под вашими ногами — это пример химической коммуникации, которая существует уже 450 миллионов лет.
Это долговременное химическое взаимодействие между Streptomyces и ногохвостками подчеркивает экологическое партнерство, которое способствует здоровью почвы и отражает важнейшую роль бактерий в производстве антибиотиков.
Источник: Research unearths the science behind the smell of spring