Der angenehme Geruch von nasser Erde weist auf eine Gefahr für bakterienfressende Würmer hin, finden Forscher

Der Geruch von Geosmin ist unverkennbar: Es ist der Duft, der nach einem sommerlichen Regenschauer durch die Luft strömt oder einem bei der Gartenarbeit in die Nase steigt. Es ist der Geruch von nasser Erde – ein erdiger, fast beruhigender Duft.

Aber als neue Studie, die gerade in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Angewandte und Umweltmikrobiologie weist darauf hin, dass Geruch auch einen bestimmten Zweck hat. Es wird von bestimmten Arten von Bakterien hergestellt, die als Toxinproduzenten bekannt sind. Dies dient als Warnung für C. elegans, eine häufige Wurmart, dass die Bakterien, auf denen sie fressen werden, giftig sind. Die Chemikalie ist ein aposematisches Signal, das den Geschmackssinn des blinden Wurms auslöst, genau wie die leuchtenden Farben einer Raupe oder die Stacheln eines Kugelfischs einem sehenden Raubtier sagen, dass er sich fernhalten soll.

Nur wenige Millimeter lang, Nematoden wie C. elegans sind winzig, aber auf der ganzen Erde zu finden, einschließlich der Antarktis. Nematoden sind auch das am häufigsten vorkommende Tier auf der Erde und machen etwa vier Fünftel der weltweiten Tierpopulation aus. Forscher verwenden C. elegans oft als Modellorganismus in ihren Studien, weil ihre biologischen Systeme weniger komplex, aber denen des Menschen ähnlich sind.

„Durch unsere Studie haben wir herausgefunden, dass Geosmin in Streptomyces coelicolor, einem Bakterium, das für C. elegans toxisch ist, anscheinend keine andere Rolle als die eines Signals spielt“, sagt Brandon Findlay, außerordentlicher Professor am Institut für Chemie und Biochemie und der betreuende Autor des Papiers. „Es hilft den Zellen nicht zu wachsen, zu fressen oder sich zu teilen. Es wehrt Raubtiere nicht direkt ab. Es scheint nur als Warnung da zu sein.“ Er sagt, er kenne keine anderen von Bakterien produzierten Chemikalien, die auf diese Weise wirken.

Die Studie wurde von Liana Zaroubi geleitet, einer von Findlays Studentinnen, die jetzt ihren Ph.D. an der Simon-Fraser-Universität.

Ein Geruch von Gefahr

Zaroubi räumt ein, dass sie einige Zeit gebraucht hat, um zu der Idee zu kommen, dass Geosmin aposematisch sei.

„Es war definitiv nicht offensichtlich“, sagt sie. „Ich habe viele Hypothesen beseitigt, bevor ich herausfand, dass Geosmin als Warnsignal fungierte. Jedes ausgeschlossene Experiment enthüllte jedoch wichtige Hinweise, die dazu beitrugen, das Rätsel um Geosmin aufzuklären. Wir folgten der Wissenschaft, und ich glaube, das war der Schlüssel zu dieser Entdeckung.“

Die Forscher verwendeten mehrere Stämme von C. elegans, um ihre Hypothese zu testen. Zunächst beobachteten sie die Bewegung und das Verhalten von Würmern auf Agarplatten, auf denen Geosmin, aber keine Bakterien vorhanden waren. In diesem Fall reagierten die Würmer nachteilig auf die Anwesenheit der Verbindung und bewegten sich schnell mit häufigen Richtungsänderungen. Es wurde jedoch beobachtet, dass sich mutierte Nematoden ohne das chemosensorische ASE-Neuron, das dem Geschmack gewidmet ist, normal verhalten. Geosmin selbst schien für C. elegans nicht toxisch zu sein.

Es wurde ein separates Experiment entworfen, das Streptomyces coelicolor-Bakterien beinhaltete. Die Forscher beobachteten, wie die Würmer ihrer Beute aus dem Weg gingen, wenn sie das Vorhandensein von Geosmin schmecken konnten. Aber diejenigen ohne die ASE-Neuronen verschlangen die giftigen Bakterien, mit vorhersehbaren fatalen Folgen für Raubtier und Beute.

Ein Vorgeschmack auf Evolution

Geosmin ist eine sehr scharfe Verbindung, die von Menschen mit fünf Teilen pro Billion nachweisbar ist. Während viele seinen Geruch als angenehm empfinden, ist es auch eine häufige bakterielle Verunreinigung im menschlichen Trinkwasser, die dazu führen kann, dass Wasser wie Schmutz schmeckt.

Das Ausmaß der biologischen Verwendung von Geosmin ist noch nicht vollständig geklärt. Die Forscher glauben jedoch, dass die Verbindung einen Einblick bietet, wie Bakterien und ihre Feinde interagieren und wie sich komplexe Verhaltensweisen wie die Toxinvermeidung entwickeln.