Per què fa olor la terra mullada?

La geosmina és un dels principals compostos que fan olor de pluja o terra mullada, que és produït per Streptomyces i altres bacteris, i sembla que els camells al desert podrien detectar-la des de llargues distàncies per trobar aigua.

Olor de pluja: el petricor i la geosmina

De l'olor d'humitat o aroma característica que provoca la pluja en caure als sòls eixuts se’n diu petricor, que en grec vol dir "líquid de les pedres". El petricor fa una olor dolça, fresca i agradable, i té una complexa composició on prevalen la geosmina —d'origen microbià— i un conjunt d'olis aromàtics alliberats per moltes plantes. Aquests olis, que retarden la germinació de les llavors, són traspuats per les plantes en períodes de sequera per tal de protegir les llavors, evitant que germinin (Bear & Thomas, 1965). Els olis queden adsorbits al terra, sobretot argilós, i quan comença a ploure, les gotes de pluja colpegen la superfície i alliberen aerosols a l'aire transportant aquests compostos aromàtics, que formen part de la perceptible olor de petricor. Un cop plou, l'aigua renta aquests olis del sòl, que deixen d'inhibir la germinació, i tot seguit hi ha una ràpida resposta de llavors germinant.

A banda d'aquests olis aromàtics vegetals, la geosmina és l'altre constituent principal de l'olor de petricor que percebem quan comença a ploure. Els aerosols provocats per les gotes de pluja en caure contenen milions dels bacteris Streptomyces productors de geosmina, que són transportats per l'aire, disseminant durant una estona l'aroma de pluja recent (Sen, 2016).

Cal esmentar també l'ozó com a relacionat en part amb l'olor de pluja. A vegades aquest O₃ de sensació punxent pot ser detectat, sobretot prèviament a la pluja, degut a l'activitat elèctrica de les tempestes.

La geosmina

El nom ve del grec (geos i osmos) i significa “olor de terra”. És el dimetil-octahidro-naftalenol (C₁₂H₂₂O), un alcohol bicíclic no aromàtic sense nitrogen (Figura 1). La forma natural és l'isòmer (–).

Figura 1. La geosmina, compost amb aroma de la terra acabada de mullar

Els humans, com molts altres animals, podem detectar la geosmina a l'aire en molt baixa concentració. El nostre llindar olfactiu és al voltant d'alguns nanograms per litre d'aire. Aquesta alta sensibilitat olfactiva de molts animals se suposa que està relacionada amb la possibilitat de trobar aigua de pluja per beure, i el fet que la majoria dels humans trobem agradable aquesta olor pot estar relacionat amb el fet que per als nostres avantpassats això anava lligat a la supervivència (Palermo, 2013).

Malgrat això, la geosmina també es relaciona amb mala qualitat de l'aigua i dels aliments, ja que és un subproducte del metabolisme microbià, i per tant va lligat al creixement dels microorganismes. Per exemple, la geosmina pot donar un mal gust, com terrós, al vi, a l'aigua de consum i al peix i marisc (Coca-Ruiz et al., 2022).

Organismes productors de geosmina

La geosmina és produïda per molt diversos grups de bacteris, sobretot dels fílums Actinobacteria i Cyanobacteria, recentment batejats pels taxonomistes com a Actinomycetota i Cyanobacteriota, respectivament (Oren & Garrity, 2021).

De tots aquests, els principals productors de geosmina són els Streptomyces, uns ben coneguts actinobacteris. Aquests són bacteris grampositius heteròtrofs, de DNA amb alt contingut de G+C, i de formes irregulars o filamentoses. Els Streptomyces —gènere que inclou més de 500 espècies— són aerobis, formen un complex miceli filamentós d'hifes ben desenvolupades, i es dispersen amb conidiòspores, espores aèries a partir d'estructures comparables als fongs però procariotes (Figura 2). Són molt abundants al sòl i la vegetació, i tenen un complex metabolisme secundari, per la qual cosa són molt importants industrialment i en biotecnologia. Són productors de 2/3 dels antibiòtics naturals, tant antibacterians com antifúngics, i també produeixen antiparasitaris, anticancerígens i són emprats com a vectors d'expressió heteròloga de proteïnes eucariòtiques.

Figura 2. Esquema de secció d'una colònia de Streptomyces creixent en agar, amb les morfologies característiques dels micelis vegetatiu i aeri, i les cadenes de conidiòspores. (Imatge treta de Li et al., 2016.)

La geosmina és un terpè

Malgrat que la seva ruta biosintètica ha estat molt estudiada durant anys, no ha estat resolta en detall fins fa poc. La geosmina és un metabòlit secundari, o sigui, del metabolisme de síntesi de compostos que no tenen una funció clara en els processos de creixement i manteniment cel·lular. Els metabòlits secundaris, per a l'organisme que els produeix, tenen funcions sobretot com a mediadors de relacions ecològiques, com a competència amb altres organismes (p. ex. antibiòtics, toxines) o de protecció (p. ex. pigments, alcaloides) o de comunicació amb altres cèl·lules o organismes (ex. feromones). Dins dels possibles metabòlits secundaris, la geosmina és del grup dels terpens, que es deriven de l'isoprè o la seva forma activa, el pirofosfat d'isopentenil (C5), procedent del mevalonat format a partir de l'acetil-CoA (Figura 3).

Figura 3. Inici de la ruta de biosíntesi dels terpens, presents a molts procariotes i a la majoria d'eucariotes, sobretot fongs i plantes.

Encara que els terpens són biosintetitzats per moltes plantes, la diversitat i funcions d'origen microbià són enormes. Com passa amb altres metabòlits secundaris, els terpens microbians tenen funcions bioecològiques de competència i defensa, interaccions amb l'hoste, comunicació i senyalització intercel·lular, i resposta a l'estrès per temperatura o pH.

Per polimerització a partir de la unitat bàsica C5 dels terpens i altres reaccions es formen els monoterpens (C10), sesquiterpens (C15), diterpens (C20), i els C25, C30 i C40, que inclouen molts aromes i fragàncies de les plantes, els esteroides, alcaloides, carotens i altres metabòlits secundaris. La geosmina en concret és el compost més representatiu i interessant de la família dels tri-nor-sesquiterpens, que són sesquiterpens degradats que han perdut C3 dels C15. Com veiem (Figura 4), el sesquiterpè bàsic —difosfat de farnesil (FPP)— es converteix en germacradienol, i aquest, alliberant acetona (C3), dona dimetiloctalina, la qual ja és C12 i precursora de la geosmina (Coca-Ruiz et al., 2022).

Figura 4. Biosíntesi de la geosmina (C₁₂H₂₂O) per Streptomyces i altres bacteris, a partir del difosfat de farnesil (FPP), un sesquiterpè. (Tret de Sen, 2016, i Coca-Ruiz et al., 2022.)

Perquè Streptomyces produeix la geosmina?

Els metabòlits secundaris com la geosmina tenen funcions sobretot com a mediadors de relacions ecològiques o amb altres organismes, que d'alguna manera beneficien la supervivència de l'organisme que els produeix.

En el cas de la geosmina, sembla que la característica olor de terra humida atrau molt diversos organismes, i entre aquests hi ha diversos invertebrats, els quals es menjarien o absorbirien els bacteris productors de l'olor, i amb això ajudarien a escampar-ne les espores per tal que els bacteris puguin colonitzar altres terrenys.

Entre aquests invertebrats hi ha sobretot els col·lèmbols. Aquests són minúsculs (5 mm) artròpodes àpters hexàpodes, parents dels insectes, molt abundants a tots els hàbitats de tota la Terra on hi hagi humus o matèria orgànica en descomposició. S'ha vist que Folsomia candida —una de les 8.000 espècies de col·lèmbols— (Figura 5) és atreta per la geosmina produïda per Streptomyces, i s'alimenta de les colònies de l'actinobacteri. Amb això, el col·lèmbol dissemina les espores bacterianes a través de les femtes i també perquè se li adhereixen a la cutícula. Per tant, la funció final de la geosmina és la dispersió del bacteri mitjançant els artròpodes del sòl.

Figura 5. El col·lèmbol Folsomia candida és atret per la geosmina. (Imatge treta de Ryszard, Flickr.)

Geosmina i els camells, i altres

Els artròpodes com Folsomia no són els únics animals atrets per la geosmina. Els humans mateixos tenim una alta sensibilitat olfactiva per detectar aquest compost en concentracions molt baixes. És probable que la sensibilitat a la geosmina ja la tinguessin els primers animals perquè els actinobacteris que la produeixen són evolutivament previs (Chater, 2015). En molts casos, es creu que l'atracció està relacionada amb la possibilitat de trobar aigua per beure.

Els camells són el cas més impressionant, ja que alguns del desert de Gobi són capaços de trobar aigua a més de 80 quilòmetres de distància. El camell bactrià (Camelus bactrianus) de dues gepes del Gobi a Mongòlia i la Xina pot aguantar sense aigua viatjant pel desert, i quasi sense menjar, durant 3 dies a l'estiu i més de 7 dies a l'hivern. Amb aquestes condicions poden arribar a perdre un 30% del pes corporal sense deshidratar-se, degut al fet que emmagatzemen tant aigua intracel·lular com extracel·lular a diferents parts del cos com la sang i el tracte digestiu i quasi tots els òrgans del cos. No és el cas dels característics geps, que són reserves de teixit adipós.

Doncs bé, sembla que el fet que els camells puguin trobar aigua des de llocs tan llunyans és gràcies a les molècules de geosmina que el seu bon olfacte detecta. Als terrenys humits (oasis o similars) creixen Streptomyces i altres microorganismes que en esporular excreten la geosmina, que és transportada per l'aire. En arribar els camells al lloc amb aigua i beure'n, poden captar les espores del bacteri, i ajudar a la seva propagació portant-les allà on vagin (Simons, 2003). Per tant, la geosmina en aquest cas és un mecanisme de disseminació dels bacteris, de forma semblant a com hem vist amb els col·lèmbols.

La importància de la geosmina en les interaccions bioecològiques arriba fins al punt que no només és produïda per microorganismes sinó que també la sintetitzen algunes plantes. Efectivament, s'han trobat alguns cactus i una planta de l'Amazones que les seves flors alliberen geosmina, que atrau els insectes com a senyal d'aigua, els quals accidentalment pol·linitzen la flor (Simons, 2003).

Bé, i per acabar, tornem als humans. Malgrat que pot ser un mal senyal trobar la geosmina als vins o a alguns aliments deteriorats, és clar que ens agrada l'olor dels camps acabats de mullar, perquè no deixa de ser l'olor de trobar aigua i per tant de la supervivència (Howes, 2013). Per això els perfumistes l'han inclòs com a component d'algunes de les seves pocions irresistibles, bé en solucions de geosmina de l'1%, o destil·lant terra assecada al sol junt amb fusta de sàndal, en un perfum que diuen que recorda "l'olor de les primeres pluges del monsó en un terra ressec" (Chater 2015).

BIBLIOGRAFIA

Bear I, Thomas R (1965) “Petrichor and Plant Growth”. Nature 207, 1415–1416.

Chater KF (2015) “The smell of the soil”. Microbiology Today, Maig 15, 66-69.

Coca-Ruíz V, Suárez I, Aleu J, Collado IG (2022) “Structures, Occurrences and Biosynthesis of 11,12,13-Tri-nor-Sesquiterpenes, an Intriguing Class of Bioactive Metabolites”. Plants 11, 769.

Howes L (2013) “Magnificent molecules: Geosmin”. The Mole, 4, Juliol 2013.

Li Q, Chen X, Jiang Y, Jiang C (2016) “Morphological identification of actinobacteria. Actinobacteria - Basics and Biotechnological Applications”, ed. D. Dhanasekaran & Y. Jiang. IntechOpen.

Palermo E (2013) “Why does rain smell good?”, Live Science, Juny 21.

Oren A, Garrity GM (2021) “Valid publication of the names of forty-two phyla of prokaryotes”. Int J Syst Evol Microbiol 71 (10): 5056.

Sen DJ (2016) “Moist earth smelling geosmin as a terpene bicyclic alcohol”. World J Pharmaceut Res 5, 8, 1-8.

Simons P (2003) “Camels act on a hump”. The Guardian 6 Març 2003.

NOTES

Article adaptat de "Geosmina, Streptomyces i els camells" publicat el 5 d'abril 2022 al blog Bios i altres d'Albert Bordons