Haben Sie sich jemals gefragt, was diesen erdigen Geruch verursacht, der nach einem leichten Sommerregen aufsteigt? Dieser mysteriöse Duft wurde „Petrichor”Und ein Hauptbestandteil davon ist eine organische Verbindung namens Geosmin, die auf feuchtem Boden verweilt.
Geosmin kommt aus dem altgriechischen "Geo", was Erde bedeutet, und "Osme", was Geruch bedeutet. Wir verwenden diesen Duft als Zutat in Parfums und es ist was verleiht Rote Beete seinen erdigen Geschmack. Geosmin kann auch als „Aus“ -Geschmack in Wasser und Wein wahrgenommen werden.
Tiere können Geosmin erkennen. Fruchtfliegen zum Beispiel mögen Geosmin nicht und sie meiden alles, was daran riecht, möglicherweise um kontaminierte und zu vermeiden potenziell giftige Lebensmittel. Aber warum wird Geosmin im Boden hergestellt? Als Teil eines Teams von Wissenschaftlern aus Schweden, Großbritannien und Ungarn haben wir die faszinierende Biologie hinter dieser rätselhaften Verbindung entdeckt.
Die chemische Struktur von Geosmin. Raimundo79 / Shutterstock
Riecht nach (mikrobiellem) Teamgeist
Wissenschaftler wissen seit den 1960er Jahren, dass Geosmin von Mikroorganismen im Boden hergestellt wird, hauptsächlich von Bakterien mit dem wissenschaftlichen Namen Streptomyces. Diese Bakterien sind im Boden reichlich vorhanden und gehören zu den besten Chemikern der Natur, da sie eine Vielzahl von Molekülen (sogenannte spezialisierte Metaboliten) herstellen, aus denen viele Antibiotika stammen. Streptomyceten und ihre nahen Verwandten machen Tausende verschiedener spezialisierter Metaboliten - eine wahre Fundgrube für die potenzielle Entdeckung neuer Antibiotika.
Es stellt sich heraus, dass alle Streptomyceten das Gen zur Herstellung von Geosmin haben, was darauf hindeutet, dass es eine wichtige Funktion hat. Aber was gewinnen diese Bakterien durch die Produktion von Geosmin? Dies ist seit langem ein Rätsel.
Streptomycetenbakterien kommen häufig im Boden vor und sind als Quelle vieler derzeit verwendeter Antibiotika bekannt. Tobias Kieser / John Innes Center, Norwich., Autor zur Verfügung gestellt
In unsere jüngste Studiefanden wir heraus, dass Geosmin Teil der chemischen Sprache in einer für beide Seiten vorteilhaften Beziehung zwischen ist Streptomyces Bakterien und Springschwänze, insektenähnliche Organismen, die im Boden reichlich vorhanden sind.
Wir entdeckten dies, indem wir fragten, ob es dort draußen Bodenorganismen geben könnte, die vom Geruch von angezogen würden Streptomyces. Wir haben Fallen mit Kolonien von geködert Streptomyces coelicolor und legte sie in ein Feld. Unsere Fallen fingen verschiedene Arten von Bodenorganismen ein, darunter Spinnen und Milben. Auffallenderweise waren es jedoch Springschwänze, die eine besondere Vorliebe für die mit Geosmin produzierenden Köder zeigten Streptomyces.
Verwendung einer bestimmten Springschwanzart, Folsomia CandidaWir haben getestet, wie diese Kreaturen Geosmin wahrnehmen und darauf reagieren. Wir platzierten Elektroden an ihren winzigen Antennen (die durchschnittliche Körpergröße des Springschwanzes beträgt ca. 2 mm) und stellten fest, welche Gerüche sie stimulierten.
Springschwänze wurden getestet, um festzustellen, wie sie auf den Geruch von Geosmin reagieren. Béla P. Mólnar / Zentrum für Agrarforschung, Ungarn., Autor zur Verfügung gestellt
Geosmin und das verwandte erdige Geruchsmittel 2-Methylisoborneol wurden von den Antennen wahrgenommen, die im Wesentlichen die Nase der Kreatur sind. Als wir Springschwänze untersuchten, die in Y-förmigen Glasröhren gingen, stellten wir fest, dass sie den Arm, der nach diesen erdigen Verbindungen roch, stark bevorzugten.
Der Vorteil für die Tiere scheint zu sein, dass die Gerüche sie zu einer Nahrungsquelle führen. Während Geosmin emittierende Mikroben für andere Organismen, die sie meiden, häufig toxisch sind, haben wir festgestellt, dass sie den von uns getesteten Springschwänzen keinen Schaden zufügen.
Aber wie kommt die Herstellung dieser Verbindungen den Bakterien zugute? Streptomyceten wachsen normalerweise als Myzel - ein Netzwerk von langen, verzweigten Zellen, die sich mit dem Boden, in dem sie wachsen, verflechten. Wenn ihnen die Nährstoffe ausgehen oder sich die Bedingungen im Boden verschlechtern, entweichen die Bakterien und breiten sich an neuen Orten aus, indem sie Sporen bilden, die sich ausbreiten können durch Wind oder Wasser.
Unsere neue Erkenntnis ist, dass die Sporenproduktion auch die Freisetzung dieser erdigen Geruchsstoffe umfasst, die für Springschwänze attraktiv sind - und die dazu beitragen, die Sporen auf einem anderen Weg zu verbreiten.
Streptomyces Sporen haften an der Nagelhaut eines Springschwanzes und tragen zur Verbreitung der Bakterien im Boden bei. Ola Gustafsson / Universität Lund, Autor zur Verfügung gestellt
Als die Springschwänze auf einem weideten Streptomyces Kolonie sahen wir Sporen an ihrer Nagelhaut (der äußeren Oberfläche des Tieres) kleben. Springschwänze haben eine spezielle antiadhäsive und wasserabweisende Oberfläche, die Bakterien haften normalerweise nicht daran, Aber Streptomyces Sporen können anhaften, wahrscheinlich weil sie eine eigene wasserabweisende Oberflächenschicht haben. Von den Springschwänzen gefressene Sporen können auch überleben und in Kotpellets ausgeschieden werden.
Springschwänze helfen also, sich auszubreiten Streptomyces Sporen, die sich durch den Boden bewegen, werden auf die gleiche Weise wie bestäubende Bienen angelockt, um Blumen zu besuchen und die Pollenkörner, die an ihrem Körper haften, mitzunehmen und die anderen Pflanzen, die sie besuchen, zu düngen. Vögel fressen attraktive Beeren oder Früchte und helfen der Pflanze, ihre Samen mit ihrem Kot zu verbreiten.
Wenn Sie das nächste Mal auf diesen erdigen Geruch stoßen, erinnern Sie sich an die faszinierenden und äußerst wertvollen Bakterien, die unter Ihren Füßen im Boden gedeihen. Vielleicht hören Sie sich eine uralte Art der Kommunikation zwischen Bakterien und den Kreaturen an, die mit ihnen im Boden leben.
Über den Autor
Klas Flärdh, Professor für Molekulare Zellbiologie, Lund University und Paul Becher, außerordentlicher Professor für chemische Ökologie, Schwedische Universität für Agrarwissenschaften
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