你愛聞的雨后泥土味，其實是細菌布下的“陷阱”

石云雷

一場大雨過后，我們常常能在空氣中聞到一種清新自然的泥土味。不過，組成這種氣味的分子并非來自泥土本身，而是兩種由土壤中的微生物產生的揮發性化合物——土臭素和2-甲基異茨醇。最近，一項發表于《自然·微生物學》上的研究揭示，清新的泥土味卻是土壤中的鏈霉菌布下的“氣味陷阱”——聞味而來的跳蟲在食用這些鏈霉菌的同時，也幫助后者的子代孢子廣泛傳播。

清新泥土味的來源

一場大雨過后，空氣會變得十分濕潤，同時還會彌漫著一股清新的泥土味。當我們聞到這種氣味時，常常會感覺到十分放松。但這種清新的泥土味究竟是什么呢？原來，土壤中含有大量放線菌、粘細菌、藍細菌和以及絲狀真菌。由這些微生物產生的一些揮發性有機化合物（VOCs），構成了土壤的味道。其中，最常見的是土臭素（一種天然的萜類化合物）和2-甲基異茨醇（2-MIB）。

下雨時，雨水會導致地面形成水坑，土壤中的這些有機物便能滲入水坑，并在水面上形成一層薄膜。隨著降雨持續，水坑會形成極其微小的氣泡，將一些有機物和微小的泥土顆粒帶入空氣。研究發現，即使空氣中土臭素和2-甲基異茨醇的濃度極低，人類和許多動物都能聞到它們的味道。但是，當我們在飲用水和食物中聞到這些分子的氣味時，往往會產生惡心的反應，因為這意味著食物和水已經被大量微生物污染了。但對于在土壤中生存的一些小型動物來說，這種氣味卻是十分有益。

彈尾目動物（Collembola，一種小型節肢動物，俗稱跳蟲）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，進而確定這些微生物的位置。對跳蟲來說，這些氣味分子更像是食物的香味。最新一項發表在《自然·微生物學》上的文章中，來自瑞士等國的科學家試圖研究這些泥土味的小分子化合物在生態環境中的作用。最終，他們發現那些被氣味吸引、想要尋找食物的跳蟲，或是中了一些放線菌的“陷阱”。

傳播子代的媒介

在實驗中，研究人員利用氣相色譜分析了一種放線菌——天藍色鏈霉菌（Streptomyces coelicolor）產生的揮發性有機化合物。隨后，他們觀察了跳蟲對這些小分子化合物的反應，發現不僅僅是土臭素，合成土臭素的中間產物germacradienol以及副產物大根香葉烯-D，均能引起跳蟲觸角上的電生理反應。此外，天藍色鏈霉菌作為誘餌的野外陷阱對跳蟲具有明顯的吸引力，但對于蜘蛛和其他昆蟲并沒有明顯的影響。

鏈霉菌是土壤中最常見的放線菌。幾乎所有鏈霉菌都含有產生土臭素的基因，近一半的鏈霉菌含有能合成2-甲基異茨醇的基因。鏈霉菌進入繁殖期時，會產生大量的子代孢子。研究人員發現，鏈霉菌產生這些揮發性化合物時，恰好是它們產生的孢子開始擴散的時期。因此，當被土臭素和2-甲基異茨醇吸引的跳蟲前來食用這些鏈霉菌時，便在無意間充當了幫助孢子擴散的媒介。

由于跳蟲的體表具有抗粘性的皮膚，并覆蓋了疏水性的蠟質層，因此絕大多數細菌無法吸附在跳蟲的表面。但讓研究人員驚訝的是，他們在接觸鏈霉菌的跳蟲體表，發現了1萬～10萬個鏈霉菌孢子。通過掃描電子顯微鏡，他們發現這些孢子主要粘附在跳蟲的剛毛上。

除了體表能幫助傳播孢子外，跳蟲在攝食鏈霉菌后產生的排泄物，也能促進鏈霉菌孢子的傳播。研究人員進一步收集了洗去體表附著孢子的跳蟲的排泄物。他們發現，70.8%的跳蟲糞便顆粒都含有活的鏈霉菌孢子。這一發現也證實，鏈霉菌雖然被跳蟲攝入，但它們的孢子仍能在跳蟲的腸道中存活，并進行再次傳播。

特殊的“互利”關系

一些研究證實，鏈霉菌能產生多種對無脊椎動物有害的代謝產物。因此，當土壤中的其他動物，如秀麗隱桿線蟲也能感知到這些泥土味的小分子時，它們一般會嘗試逃走，避免食用這些對它們來說“有毒”的鏈霉菌。此外，果蠅也會對土臭素產生強烈的厭惡感，避免了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源，跳蟲卻不會“中毒”。研究人員發現，跳蟲的基因組含有多個解毒機制相關的基因簇，因此它們能暴露在含有各種有毒物質的土壤中，并食用這些產生毒素的鏈霉菌。而鏈霉菌產生的多種抗生素，還能幫助跳蟲殺死體內的病原體。考慮到跳蟲和鏈霉菌在土壤中均具有很高的豐富度，研究人員推測這兩類生物在很久之前，就形成了這種特殊的“互利”的關系。

實際上，許多在人類看來很詩意很自然的感受，如小鳥的叫聲和花朵的清香，從生物學和演化角度來看，更像是這些生物為了繁殖而產生的各種特征性行為。因此，當再一次在空氣中聞到泥土味時，我們可能不僅會認為這是一種清新的感受，更想到這是土壤中的生物演化出的、絕佳的繁殖策略。

（殺破狼摘自環球科學的微信公眾號）