Кого приманивает запах влажной земли

После дождя сад пахнет так, будто кто-то открыл банку с концентратом земли. Этот запах легко узнать, но гораздо труднее объяснить: что именно пахнет и зачем живым организмам вообще производить подобные вещества? Один из ответов нашёлся в отношениях почвенных бактерий с крошечными животными. Для нас земляной аромат сопровождает прогулку. Для коллембол он может указывать, где находится еда, а бактериям помогает отправлять потомство в дорогу.¹

У запаха несколько авторов

Одна из узнаваемых земляных нот связана с геосмином. Его производят, в частности, бактерии рода Streptomyces. Рядом с ним в этой истории появляется другой летучий компонент, 2-метилизоборнеол, или 2-MIB. Люди и некоторые животные способны замечать эти вещества при очень небольших концентрациях. Однако называть весь запах после дождя геосмином было бы слишком простым объяснением.¹

Слово «петрикор» появилось в 1964 году благодаря исследователям австралийской CSIRO Изабел Джой Беар и Ричарду Томасу. Они изучали характерный аромат, возникающий при увлажнении сухих природных материалов. Из нагретых солнцем камней и почвы учёные выделили пахучую маслянистую смесь. Название составили из греческих слов, связанных с камнем и ихором, мифической жидкостью в жилах богов. История термина напоминает: знакомое ощущение может складываться из нескольких химических источников, включая вещества растительного и микробного происхождения.²

Поэтому у двух похожих вопросов разные ответы. Почему запах становится заметным после дождя? Здесь важна физика переноса веществ в воздух. Почему некоторые бактерии вообще выпускают пахучие молекулы? Здесь уже начинается экология: кому эти молекулы могут сообщить что-то полезное.

Посетитель размером с крупинку

Коллембол, которых также называют ногохвостками, легко не заметить даже в почве цветочного горшка. Это мелкие шестиногие членистоногие, близкие к насекомым, но в современной классификации обычно выделяемые отдельно. Важное отличие связано с устройством ротовых органов: у коллембол они скрыты внутри головной капсулы. Их название особенно подходит видам с прыгательной вилкой, расположенной под брюшком. Когда вилка распрямляется, животное резко отталкивается от поверхности.³

Влажная почва, опавшие листья и разлагающиеся растительные остатки дают этим существам и укрытие, и пищу. Рацион зависит от вида: среди доступных ресурсов бывают грибы, водоросли, пыльца и органические остатки. Коллемболы не летают, зато способны перемещаться между крошечными участками среды, которые для неподвижной бактериальной колонии уже представляют разные адреса. Они не кусают людей и обычно не причиняют заметного вреда комнатным растениям.⁴

Именно такое животное удобно представить в роли невольного перевозчика. То, что для человека выглядит как короткий переход по нескольким комочкам земли, для микроорганизма может означать выход из тесной колонии к новому месту роста.

Как проверили привлекательность аромата

Исследование, опубликованное в Nature Microbiology в 2020 году, объединило полевые наблюдения и лабораторные опыты. Сначала авторы использовали ловушки с культурами Streptomyces и установили, что запах бактериальных колоний привлекает коллембол. Затем перешли от целой пахнущей культуры к отдельным веществам и конкретному лабораторному виду Folsomia candida.^{1, 5}

В одном из опытов животному предлагали развилку в Y-образной трубке. По разным рукавам поступал воздух с разными запаховыми условиями. Такая конструкция позволяет отделить движение к источнику запаха от случайного скопления возле пищи. В другом опыте электроды регистрировали ответ усиков: так исследователи проверяли, воспринимает ли животное сигнал своими органами чувств. В совокупности результаты показали, что коллемболы чувствуют пахучие соединения и могут ориентироваться на них.⁵

Сила этой работы именно в последовательности проверок. Само по себе соседство бактерий и животных ещё не объясняло бы его причину: подходить могли влажность, поверхность или корм. Поведенческий выбор и измерение чувствительности сужают круг объяснений и связывают наблюдаемое притяжение с химическим сигналом.

Пища в обмен на дорогу

Следующая часть исследования касалась того, что происходит после встречи. Folsomia candida поедала материал колоний Streptomyces. Споры бактерий при этом распространялись двумя способами: оставались на наружной поверхности животного и выходили с его экскрементами. Запах, таким образом, связывал пищевое поведение посетителя с расселением микроорганизма.¹

Особенно важна синхронизация. Авторы обнаружили связь образования геосмина и 2-MIB с программой спорообразования: работой соответствующих генов управляют регуляторы, участвующие в этом этапе развития. Получается, пахучее приглашение появляется тогда, когда у колонии уже есть материал для расселения. Это делает объяснение экологической роли запаха значительно убедительнее, чем простое наблюдение, что бактерии иногда приятно пахнут.¹

Сравнение с плодами, которые животные съедают и разносят вместе с семенами, помогает представить общую логику обмена. Но это только аналогия. У бактерий нет ни плодов, ни намерения «нанять курьера», а выгода возникает как результат взаимодействия организмов. Авторы говорят о взаимовыгодной связи; из неё не следует, что любой вид коллембол одинаково реагирует на всякую пахучую колонию.⁵

Как запах поднимается из земли

Дождь добавляет к этой биологической истории физический механизм. В 2015 году исследователи MIT снимали падение капель на поверхности высокоскоростной камерой. При ударе о пористый материал внутри капли могли захватываться крошечные пузырьки воздуха. Они поднимались и лопались, выбрасывая мелкие аэрозольные капли. Такой процесс способен переносить в воздух вещества с поверхности почвы.⁶

Эффект зависел от скорости удара и свойств материала. В экспериментальных условиях лёгкому и умеренному дождю соответствовало более интенсивное образование аэрозолей, чем сильному. Поэтому привычная интуиция «чем сильнее льёт, тем больше должно пахнуть» не обязательно работает. Авторы предложили этот механизм как объяснение того, как ароматические вещества могут попадать в воздух; опыты не превращают любую каплю дождя в одинаковый распылитель.⁶

Обычная прогулка после дождя позволяет уловить только результат огромного числа незаметных процессов. Исследование коллембол приоткрывает один из них: пахучее вещество может одновременно быть для человека впечатлением, для маленького животного ориентиром, а для бактериальной колонии частью расселения. Следующий земляной аромат за окном вполне можно воспринимать как напоминание, что под ногами идут свои поиски пищи и путешествия, для которых человеку даже не требуется присутствовать.

Источники

1. Becher et al., Nature Microbiology, 2020: геосмин, 2-MIB и перенос спор коллемболами.
2. CSIRO: история исследования петрикора.
3. University of Maine: строение и классификация коллембол.
4. University of Minnesota: среда обитания и питание коллембол.
5. Lund University: устройство опытов и экологическое значение запаха.
6. MIT: образование аэрозолей при падении капель на почву.