Все знают этот запах. Он появляется каждый раз, когда первые крупные капли дождя падают на землю - характерный землистый аромат, наполняющий воздух, аромат, который говорит о смене сезонов и обещает облегчение от удушающей летней жары. У запаха дождя тоже есть название: «петрикор», поэтическое слово, образованное из греческих слов «петра» (камень) и «ихор» (кровь богов в греческой мифологии).
Петрикор: запах дождя и что его вызывает
Название «петрикор» было придумано австралийскими учёными Изабеллой Беар и Робертом Томасом в 1964 году и упомянуто в статье, которая, пожалуй, стала первой серьёзной научной попыткой объяснить это явление. Они использовали это слово для обозначения масла, которое дистиллировали из образцов почвы и растительности, в находящиеся течение года на открытом воздухе и под воздействием солнечного света, но были защищены от дождя. Они обнаружили, что масло содержало сложную смесь летучих органических соединений.
Один вопрос, оставшийся без ответа у Беар и Томаса, касался происхождения этих соединений, и последующие исследования сосредоточились на одном конкретном соединении, летучем бициклическом спирте под названием геосмин. Это соединение было выделено через год после публикации статьи Беар и Томаса, и его название буквально означает «запах земли».
Наряду с другим летучим органическим соединением, называемым 2-метилизоборнеол или 2-MIB, геосмин в основном ответственен за характерный запах земли, и оба соединения в значительной степени влияют на запах дождя.
Райан Басби, эколог из Инженерного корпуса армии США, рассказал журналу Popular Science, что эти соединения присутствуют в почве по всему миру и попадают в воздух при любом воздействии на почву.
«Соединения накапливаются в порах почвы», - объясняет Басби. «Возможно, они связываются с частицами почвы. И исследования показали, что при воздействии на поверхность почвы летучие вещества выделяются в атмосферу».
Откуда берутся геосмин и 2-MIB
Басби говорит, что хотя источник обоих соединений остаётся предметом активных исследований, в настоящее время учёные сходятся во мнении, что они выделяются почвенными бактериями. Различные соотношения этих двух соединений могут объяснить, почему запах слегка отличается от места к месту.
Фото: popsci.com
«Геосмин довольно стабилен в окружающей среде, а 2-MIB более изменчив. Там, где присутствует 2-MIB, он выделяется в гораздо более высоких концентрациях, поэтому есть районы, где его концентрация очень высока, а есть районы, где его нет», - говорит Басби.
Другие компоненты, составляющие петрикор - множество менее сильных летучих веществ, связанных с растениями, а также, возможно, характерный едкий запах озона, сопровождающий молнию, - варьируются от места к месту.
Люди особенно чувствительны к запаху геосмина. В воде его можно обнаружить в концентрациях всего 4 нг/л, что соответствует примерно одной чайной ложке на 200 олимпийских бассейнов. Басби говорит, что существует несколько теорий, объясняющих, почему это так.
«Одна из теорий связана с поиском источников воды», - объясняет он. «Геосмин, по-видимому, чаще встречается во влажных, плодородных почвах». Наличие влажной почвы означает наличие воды, и легко понять, как способность уловить запах геосмина на ветру и проследить его до источника воды может дать ценное эволюционное преимущество.
По словам Басби, не только люди могут полагаться на запах этих летучих соединений, чтобы найти воду: «Верблюды могут обнаруживать геосмин и находить оазисы в пустыне на расстоянии около 80 километров. Комары используют его, чтобы найти застоявшиеся пруды для откладывания яиц, а еноты - чтобы найти гнёзда черепах и закопанные яйца».
Но хотя запах геосмина и 2-MIB привлекателен для нас, их вкус - полная противоположность. «Это забавно», - размышляет Басби. «Мы любим запах, но ненавидим вкус».
В воде эти соединения ответственны за затхлый, плесневелый вкус, который указывает на то, что вода не пригодна для питья. Басби говорит: «Всякий раз, когда вы пьёте воду и думаете: «О, это похоже на воду из озера», это потому, что эти соединения растворены в том, что вы пьёте».
Опять же, скорее всего, этому есть эволюционное объяснение: одно дело, когда почва вокруг источника воды пахнет бактериями, но если сама вода имеет характерный затхлый запах геосмина и 2-MIB, то, скорее всего, она также может вызвать неприятные ощущения в желудочно-кишечном тракте. Басби говорит, что это объясняет, почему геосмин и 2-MIB являются «основными загрязнителями запаха питьевой воды во всём мире».
Почему бактерии продуцируют геосмин и 2-MIB
Как отмечает Басби, хотя ясно, что «геосмин имеет для нас ряд применений, мы не знаем точно, почему бактерии производят его в таких количествах. Производство такого химического вещества требует больших затрат энергии». Так почему же почвенные бактерии вырабатывают геосмин и 2-MIB? Что они от этого получают?
Статья, опубликованная в журнале Nature Microbiology в 2020 году, предложила возможное объяснение. В исследовании были изучены взаимодействия между Streptomyces - одним из видов бактерий, производящих геосмин и 2-MIB - и мелкими существами, называемыми коллемболами.
Коллемболы (или ногохвостки) - один из трёх видов шестиногих членистоногих, которые не считаются насекомыми и питаются бактериями.
Важно, что учёные обнаружили, что в исследуемых бактериях геосмин и 2-MIB производились только колониями, которые также производили репродуктивные споры. Фактически, они могут производиться только этими конкретными колониями: «Гены геосмина и 2-MIB-синтаз находятся под прямым контролем факторов транскрипции, специфичных для спорообразования, что ограничивает выделение запахов колониями, производящими споры», - объясняется в статье.
Фото: popsci.com
Коллемболы привлекаются геосмином и 2-MIB, поэтому неудивительно, что, прибыв в колонии, выделяющие запах, они с удовольствием полакомились вкусной микробной закуской. При этом они также потребляли бактериальные споры. Затем споры прошли через пищеварительный тракт и вышли из другого конца, готовые к действию.
Басби говорит, что это также может объяснить, почему запах дождя наиболее силён, когда он падает на сухую почву. «Когда почва высыхает, бактерии впадают в состояние покоя, и, похоже, в этот момент происходит их массовое высвобождение. Таким образом, с этой точки зрения, соединения являются способом привлечь что-то, что, возможно, перенесёт бактерии в более благоприятную для роста среду».
Может показаться, что поэтическая привлекательность петрикора несколько уменьшается, когда узнаёшь, что вызывающий приятные воспоминания запах дождя, скорее всего, существует для того, чтобы побудить кучу крошечных членистоногих выделять бактериальные споры. Но в конечном итоге это ещё один пример того, как природа находит выход – «соэволюционные отношения», напоминающие взаимоотношения
пчёл и пыльцы, которые приносят пользу людям.
Так что в следующий раз, когда дождь ударит по сухой земле, стоит вспомнить о крошечных бактериях, которые приводят людей к воде и не дают пить из источников, которые могут навредить им.