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(chǎn)生的揮發(fā)性化合物——土臭素和2-甲基異茨醇。最近，一項發(fā)表于《自然·微生物學(xué)》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(dāng)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(chǎn)生的一些揮發(fā)性有機化合物（VOCs），構(gòu)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(dǎo)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(xù)，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(fā)現(xiàn)，即使空氣中土臭素和2-甲基異茨醇的濃度極低，人類和許多動物都能聞到它們的味道。但是，當(dāng)我們在飲用水和食物中聞到這些分子的氣味時，往往會產(chǎn)生惡心的反應(yīng)，因為這意味著食物和水已經(jīng)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(jié)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(fā)表在《自然·微生物學(xué)》上的文章中，來自瑞士等國的科學(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，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(chǎn)生的揮發(fā)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(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，均能引起跳蟲觸角上的電生理反應(yīng)。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(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。鏈霉菌進入繁殖期時，會產(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，恰好是它們產(chǎn)生的孢子開始擴散的時期。因此，當(dāng)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(dāng)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(zhì)層，因此絕大多數(shù)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(fā)現(xiàn)了1萬～10萬個鏈霉菌孢子。通過掃描電子顯微鏡，他們發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)，70.8%的跳蟲糞便顆粒都含有活的鏈霉菌孢子。這一發(fā)現(xiàn)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(guān)系

一些研究證實，鏈霉菌能產(chǎn)生多種對無脊椎動物有害的代謝產(chǎn)物。因此，當(dāng)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)，跳蟲的基因組含有多個解毒機制相關(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，還能幫助跳蟲殺死體內(nèi)的病原體?？紤]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(guān)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(xué)和演化角度來看，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，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(huán)球科學(xué)的微信公眾號）