你愛(ài)聞的雨后泥土味，其實(shí)是細(xì)菌布下的“陷阱”

石云雷

清新泥土味的來(lái)源

一場(chǎng)大雨過(guò)后，空氣會(huì)變得十分濕潤(rùn)，同時(shí)還會(huì)彌漫著一股清新的泥土味。當(dāng)我們聞到這種氣味時(shí)，常常會(huì)感到十分放松。但這種清新的泥土味究竟是什么呢？原來(lái)，土壤中含有大量放線菌、粘細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌以及絲狀真菌。由這些微生物產(chǎn)生的一些揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs），構(gòu)成了土壤的味道。其中，最常見(jiàn)的是土臭素（一種天然的萜類(lèi)化合物）和2-甲基異茨醇。

下雨時(shí)，雨水會(huì)導(dǎo)致地面形成水坑，土壤中的這些有機(jī)物便能滲入水坑中，并在水面上形成一層薄膜。隨著降雨持續(xù)，水坑會(huì)形成極其微小的氣泡，將一些有機(jī)物和微小的泥土顆粒帶入空氣中。研究發(fā)現(xiàn)，即使空氣中土臭素和2-甲基異茨醇的濃度極低，人類(lèi)和許多動(dòng)物都能聞到它們的味道。但是，當(dāng)我們?cè)陲嬘盟褪澄镏新劦竭@些分子的氣味時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生惡心的反應(yīng)，因?yàn)檫@意味著食物和水已經(jīng)被大量微生物污染了。但對(duì)于在土壤中生存的一些小型動(dòng)物來(lái)說(shuō)，這種氣味卻十分有益。

彈尾目動(dòng)物（一種小型節(jié)肢動(dòng)物，俗稱(chēng)跳蟲(chóng)）能以土壤中的放線菌和真菌為食。它們像天線一樣的兩只觸角，能捕捉到空氣中的這些氣味分子，進(jìn)而確定這些微生物的位置。對(duì)跳蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，這些氣味分子更像是食物的香味。最新一項(xiàng)發(fā)表在《自然—微生物學(xué)》上的文章中，來(lái)自瑞士等國(guó)的科學(xué)家試圖研究這些泥土味的小分子化合物在生態(tài)環(huán)境中的作用。最終，他們發(fā)現(xiàn)那些被氣味吸引、想要尋找食物的跳蟲(chóng)，或是中了一些放線菌的“陷阱”。

傳播子代的媒介

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用氣相色譜分析了一種放線菌——天藍(lán)色鏈霉菌產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物。隨后，他們觀察了跳蟲(chóng)對(duì)這些小分子化合物的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不僅僅是土臭素，合成土臭素的中間產(chǎn)物germacradienol以及副產(chǎn)物大根香葉烯-D，均能引起跳蟲(chóng)觸角上的電生理反應(yīng)。此外，以天藍(lán)色鏈霉菌作為誘餌的野外陷阱對(duì)跳蟲(chóng)具有明顯的吸引力，但對(duì)于蜘蛛和其他昆蟲(chóng)并沒(méi)有明顯的影響。

鏈霉菌是土壤中最常見(jiàn)的放線菌。幾乎所有鏈霉菌都含有產(chǎn)生土臭素的基因，近一半的鏈霉菌含有能合成2-甲基異茨醇的基因。鏈霉菌進(jìn)入繁殖期時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的子代孢子。研究人員發(fā)現(xiàn)，鏈霉菌產(chǎn)生這些揮發(fā)性化合物時(shí)，恰好是它們產(chǎn)生的孢子開(kāi)始擴(kuò)散的時(shí)期。因此，當(dāng)被土臭素和2-甲基異茨醇吸引的跳蟲(chóng)前來(lái)食用這些鏈霉菌時(shí)，便在無(wú)意間充當(dāng)了幫助孢子擴(kuò)散的媒介。

由于跳蟲(chóng)的體表具有抗粘性的皮膚，并覆蓋了疏水性的蠟質(zhì)層，因此絕大多數(shù)細(xì)菌無(wú)法吸附在跳蟲(chóng)的表面。但讓研究人員驚訝的是，他們?cè)诮佑|鏈霉菌的跳蟲(chóng)體表發(fā)現(xiàn)了1萬(wàn)～10萬(wàn)個(gè)鏈霉菌孢子。通過(guò)掃描電子顯微鏡，他們發(fā)現(xiàn)這些孢子主要粘附在跳蟲(chóng)的剛毛上。

除了體表能幫助傳播孢子外，跳蟲(chóng)在攝食鏈霉菌后產(chǎn)生的排泄物，也能促進(jìn)鏈霉菌孢子的傳播。研究人員進(jìn)一步收集了洗去體表附著孢子的跳蟲(chóng)的排泄物。他們發(fā)現(xiàn)，70.8%的跳蟲(chóng)糞便顆粒都含有活的鏈霉菌孢子。這一發(fā)現(xiàn)也證實(shí)，鏈霉菌雖然被跳蟲(chóng)攝入，但它們的孢子仍能在跳蟲(chóng)的腸道中存活，并進(jìn)行再次傳播。

特殊的“互利”關(guān)系

一些研究證實(shí)，鏈霉菌能產(chǎn)生多種對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物有害的代謝產(chǎn)物。因此，當(dāng)土壤中的其他動(dòng)物，如秀麗隱桿線蟲(chóng)也能感知到這些泥土味的小分子時(shí)，它們一般會(huì)嘗試逃走，避免食用這些對(duì)它們來(lái)說(shuō)“有毒”的鏈霉菌。此外，果蠅也會(huì)對(duì)土臭素產(chǎn)生強(qiáng)烈的厭惡感，避免被鏈霉菌的孢子污染和食用潛在的有毒食物。

但有趣的是，即使以鏈霉菌作為唯一的食物來(lái)源，跳蟲(chóng)卻不會(huì)“中毒”。研究人員發(fā)現(xiàn)，跳蟲(chóng)的基因組含有多個(gè)解毒機(jī)制相關(guān)的基因簇，因此它們能暴露在含有各種有毒物質(zhì)的土壤中，并食用這些產(chǎn)生毒素的鏈霉菌。而鏈霉菌產(chǎn)生的多種抗生素，還能幫助跳蟲(chóng)殺死體內(nèi)的病原體。考慮到跳蟲(chóng)和鏈霉菌在土壤中均具有很高的豐富度，研究人員推測(cè)這兩類(lèi)生物在很久之前，就形成了這種特殊的“互利”關(guān)系。

實(shí)際上，許多在人類(lèi)看來(lái)很詩(shī)意自然的感受，如小鳥(niǎo)的叫聲和花朵的清香，從生物學(xué)和演化角度來(lái)看，更像是這些生物為了繁殖而產(chǎn)生的各種特征性行為。因此，當(dāng)再一次在空氣中聞到泥土味時(shí)，我們可能不僅會(huì)認(rèn)為這是一種清新的感受，更應(yīng)想到這是土壤中的生物演化出的、絕佳的繁殖策略。