Nat. Microbiol.|瑞典科学家研究揭示了春天气味背后
图片下载：右键此处另存为可保存此图片
你可能没有听说过土臭素，但是，无论你在这个星球上的哪个角落，你都很有可能认出它的气味。
土臭素是一种以土壤为基础的化合物，它赋予了春天特有的令人回味的泥土气息。 最好是在最近的降雨之后或者挖掘的时候。 人类的鼻子对这种化合物非常敏感，可以检测到万亿分之一的浓度。 换句话说，我们能比鲨鱼更好地感受到土臭素。
但是为什么它会存在，这种气味已经在地球上散发了将近5亿年的时间？ 瑞典和英国科学家的最新研究帮助解释了其中的原因。
根据发表在《自然微生物学》上的研究，秘密在于土壤细菌链霉菌和原始的六足生物跳虫(弹尾虫)之间的相互关系。
链霉菌是一种全球重要的细菌，它能产生一系列有机化合物，包括用来击退土壤中敌人的化学武器。 这些已被开发用于人类使用的一些世界上最有效的抗生素。
它们还产生土臭素和一系列其他挥发性有机化合物(VOCs)。 链霉菌作为抗生素产生的分子种类大不相同，但毫无例外，它们都会产生土臭素。
该研究报告的作者之一、约翰英纳斯中心的马克 · 巴特纳教授解释说: “他们都制造出土臭素这一事实表明，土臭素对细菌具有选择性优势，否则他们不会这么做。
“因此，我们怀疑它们在向什么东西发出信号，最明显的可能是一些动物或昆虫，它们可能有助于传播链霉菌孢子。
为了找出土臭素的气味可能吸引什么，瑞典的研究人员领导了这项合作，他们设置了一个以链霉菌为诱饵的陷阱网络。 其他人则用控制物质作诱饵。
实验表明，跳虫被链霉菌诱饵所吸引。 在实验室进行的进一步对照实验中，我们每隔20分钟将跳虫一只一只地插入 y 型管中，以避免群体反应，观察它们是否跟随土臭素和其他挥发性有机化合物的气味。
最后，研究小组使用了一种称为触角电位术的方法，该方法将微小的电极插入1.5毫米长的弹尾虫的触角中，观察它们对一系列分子的反应。
所有这些实验加在一起形成了一个清晰的观察结果: 跳虫被强烈地吸引到土臭素和另一种具有泥土气味的化合物，这种化合物由链霉菌产生，称为2-甲基异莰醇。
但是为什么这种关系会在链霉菌属到达地球的5亿年间发生演变，大约在弹尾目与昆虫分离的同一时间？
研究发现，土臭素和2-MIB 是一种化学信号，可以将弹尾菌引向链霉菌，作为一种特殊的食物来源——它们可以杀死线虫和果蝇等其他生物——但弹尾菌可以承受，因为它们有一组酶，可以对链霉菌产生的抗生素进行解毒。
作为回报，跳虫有助于通过两种方式传播链霉菌孢子: 通过排便和通过分布孢子粘附在他们的身体上。 这项研究发现，这些孢子通过弹尾菌肠道存活下来，形成了 Streptomyces 新的菌落。
Buttner 教授解释说: “这是互利的。 弹尾虫吃掉链霉菌，所以土臭素吸引它们到一个有价值的食物来源。 而且，跳虫分布的孢子，都粘在他们的身体和粪便中，这是充满了可行的孢子，所以链霉菌得以分散。 这类似于鸟类吃植物的果实。 他们得到食物，但也分发种子，这有利于植物。”
扫描电子显微镜的图片也显示，弹尾虫的身体被链霉菌孢子所覆盖---- 两种生物都是疏水的，因此覆盖链霉菌孢子的疏水鞘附着在覆盖弹尾虫的防水蜡层上。
基因组分析完成了这幅图，揭示了在 Streptomyces 制造土臭素的基因受控于控制孢子形成的相同的调节因子。
这一机制使土臭素和2-MIB 的释放与孢子产生时菌落发育的最后阶段相协调。
“这些发现解释了之前报道的土臭素生产和 Streptomyces 孢子形成之间的相关性，” Buttner 教授解释说
“我们过去认为，链霉菌的孢子是通过风和水传播的，但在土壤的小空间里，风和水几乎没有发挥作用的空间。 所以，这些小的原始动物在完成链霉菌的生命周期中变得非常重要，链霉菌是科学上已知的最重要的抗生素来源之一，”他补充说。
所以，下次你在树林里散步或者在花园里挖掘时，注意到春天的气息时，不妨想想跳虫和链霉菌在下面的土壤里辛勤劳作的样子; 这是一个已经存在了4.5亿年的化学交流的例子。
文献来源:
More information: Paul G. Becher et al. Developmentally regulated volatiles geosmin and 2-methylisoborneol attract a soil arthropod to Streptomyces bacteria promoting spore dispersal, Nature Microbiology (2020). DOI: 10.1038/s41564-020-0697-x
新闻报道：
https://phys.org/news/2020-04-unearths-science.html
图片下载：右键此处另存为可保存此图片
版权作品，未经PaperRSS书面授权，严禁转载，违者将被追究法律责任。
PaperRSS，关注生命科学，高校院所科研进展。
关注请长按上方二维码。投稿、合作、转载授权事宜请联系
微信ID：IGDB2010 或邮箱：PaperRSS@qq.com
