Peneliti Australia Isabel Joy Bear dan Richard Grenfell Thomas memperkenalkan istilah petrichor dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Nature pada tahun 1964. Thomas menciptakan istilah itu untuk bau yang sebelumnya dikenal sebagai bau argil. Nama tersebut diusulkan untuk bau yang dianggap sebagai ichor, atau esensi yang sangat halus, yang berasal dari batu atau bebatuan. Kata petrichor merupakan gabungan dari kata Yunani petra, ‘batu’ atau ‘bebatuan’, dan ichor, cairan keemasan surgawi yang mengalir di pembuluh darah para dewa dan dewi Yunani Kuno. Nama tersebut tidak menyiratkan bahwa petrichor selalu merupakan entitas kimia yang tetap; istilah ini merujuk pada bau yang menyatu, dengan variasi dalam rentang tertentu yang mudah dikenali.
Bear dan Thomas menggunakan istilah tersebut untuk bau yang dilepaskan oleh material batu atau tanah setelah kondisi kering, ketika terkena kelembapan. Dengan menyuling batu yang terpapar kondisi hangat dan kering, mereka memperoleh minyak berbau dan menunjukkan bahwa kelembapan dapat melepaskan material yang telah terkumpul. Bau tersebut dikaitkan dengan minyak yang menumpuk di batu dan tanah selama masa kering lalu dilepaskan oleh kelembapan, serta senyawa volatil yang dihasilkan oleh mikroorganisme tanah, khususnya geosmin dan 2-methylisoborneol. Petrichor berkaitan dengan campuran zat volatil, bukan satu senyawa kimia tunggal. Bear dan Thomas menjelaskan bahwa aroma tersebut berasal dari senyawa kimia yang dikeluarkan tumbuhan selama masa kering, lalu diserap oleh tanah liat dan bebatuan.
Pembentukan aerosol setelah tetesan menghantam media berpori merupakan proses tiga tahap: pembentukan gelembung, pertumbuhan gelembung, dan pecahnya gelembung. Para peneliti menduga bahwa di lingkungan alami, aerosol ini dapat membawa unsur aromatik, beserta bakteri dan virus yang tersimpan di dalam tanah. Tim tersebut melakukan sekitar 600 eksperimen pada 28 jenis permukaan, 12 material rekayasa, dan 16 sampel tanah. Selain tumbuhan, bakteri dari genus Streptomyces diduga turut menghasilkan bahan kimia yang ditemukan dalam aerosol ini. Bau sebelum hujan adalah ozon: petir di awan memecah gas nitrogen dan oksigen menjadi atom tunggal, yang kemudian bergabung kembali membentuk zat seperti nitrogen monoksida (NO) dan ozon; aliran udara turun dan tetesan hujan pertama membawa ozon ke permukaan tanah.
Geosmin berkontribusi pada aroma kuat yang dikenal sebagai petrichor, yang muncul saat hujan turun setelah periode cuaca kering. Geosmin juga menyebabkan rasa tanah pada bit. Geosmin adalah alkohol bisiklik dan turunan dekalin. Namanya berasal dari bahasa Yunani yang berarti bau tanah. Ambang deteksi baunya dalam air berkisar antara 0,006 hingga 0,01 mikrogram per liter. Sistem penciuman manusia sangat peka terhadap geosmin. Dalam sebuah penelitian terhadap 50 subjek, ambang deteksi bau rata-rata adalah 9,5 ng/L untuk (-)-geosmin yang terdapat secara alami dan 78 ng/L untuk (+)-geosmin.
Geosmin dihasilkan oleh sejumlah mikroorganisme, termasuk sebagian besar Streptomyces serta beberapa spesies sianobakteri, miksobakteri, dan jamur. Di antara sianobakteri, genus utama yang diketahui menghasilkan geosmin mencakup Anabaena, Phormidium, dan Planktothrix. Biosintesis geosmin bermula dari farnesil difosfat, bahan penyusun penting dalam biosintesis sterol dan seskuiterpena. Pada Streptomyces coelicolor, enzim germakradienol/geosmin sintase bersifat bifungsional: satu domain mengubah farnesil difosfat menjadi germakradienol, dan domain kedua menyelesaikan proses konversi menjadi geosmin. Dalam kondisi asam, geosmin terurai menjadi zat-zat yang tidak berbau.
Geosmin dan 2-metilisoborneol terbukti menarik ekor pegas, yang diyakini memakan dan menyebarkan spora Streptomyces. Geosmin dan 2-metilisoborneol merupakan penyebab biologis utama bau dan rasa tanah berlumpur pada air minum di seluruh dunia dan pada ikan budidaya. Reseptor penciuman manusia untuk geosmin, OR11A1, telah diidentifikasi, dan fungsinya lestari pada ortolog di enam spesies mamalia. Ada dugaan bahwa kepekaan ekstrem terhadap geosmin berevolusi pada manusia atau nenek moyangnya untuk membantu mencari sumber air yang langka, tetapi hal ini belum dapat dipastikan.
Pelepasan Aerosol oleh Tetesan Hujan
Pada 2015, Joung dan Buie mengamati dengan kamera berkecepatan tinggi bahwa tetesan hujan yang menghantam permukaan berpori memerangkap gelembung udara kecil di titik kontak. Saat tetesan hujan mulai memipih, gelembung-gelembung naik dari permukaan dan menembus tetesan, lalu, seperti dalam segelas sampanye, melesat ke atas dan akhirnya pecah dari tetesan dalam semburan aerosol. Ini merupakan kemungkinan mekanisme yang memungkinkan material pembawa aroma masuk ke udara. Sebelum penelitian ini, debu yang terbawa angin dan garam laut dari percikan air laut dianggap sebagai mekanisme utama penyebaran aerosol di lingkungan. Jumlah aerosol yang dilepaskan dapat diprediksi berdasarkan kecepatan tetesan hujan dan permeabilitas permukaan. Pembentukan aerosol mencapai puncaknya saat rasio bilangan Weber dan Péclet seimbang, yakni sekitar 1, yang berarti tetesan hujan tidak terlalu cepat atau terlalu lambat, dan permukaannya tidak terlalu basah atau terlalu kering. Tetesan hujan yang bergerak lebih lambat mungkin menghasilkan lebih banyak aerosol, yang diajukan sebagai penjelasan mengapa petrikor lebih sering terdeteksi setelah hujan ringan. Dalam hujan lebat, kecepatan tumbukan menyisakan terlalu sedikit waktu bagi gelembung untuk terbentuk di dalam tetesan. Pembentukan aerosol terkonfirmasi pada kondisi yang sesuai dengan hujan ringan dan sedang di tanah dengan sifat penyerapan air yang mirip dengan tanah liat dan lempung berpasir. Fenomena ini tidak teramati pada pasir atau dalam kondisi yang sesuai dengan hujan lebat. Dalam eksperimen menggunakan pewarna, aerosol yang dilepaskan dari tetesan hujan diketahui mengandung pewarna tersebut, yang menunjukkan bahwa aerosol semacam itu juga dapat membawa kontaminan lain.
Geosmin: Sumber dan Kimia
Geosmin adalah metabolit sekunder alga biru-hijau (sianobakteri), bakteri berfilamen yang dikenal sebagai aktinomiset (aktinobakteri), terutama genus Streptomyces, prokariota lain, serta berbagai eukariota. Pada bit, geosmin diproduksi oleh tanaman itu sendiri, bukan oleh mikroba lingkungan atau endofit. Beberapa tumbuhan berpembuluh, seperti bunga kaktus dan bit merah, juga menghasilkan geosmin. Geosmin juga diketahui dapat mengusir nematoda Caenorhabditis elegans dan mengurangi kontaknya dengan Streptomyces. Tidak semua alga biru-hijau menghasilkan geosmin: gen sintase geosmin geoA terdapat pada spesies sianobakteri yang menghasilkannya dan tidak ada pada spesies lainnya. Amplifikasi gen ini dari sampel air dengan PCR waktu nyata dapat memungkinkan prediksi kejadian yang memengaruhi rasa dan bau akibat sianobakteri di air tawar. Geosmin adalah seskuiterpenoid tidak beraturan. Senyawa antara dalam pembentukannya mencakup germakrena D, oktalin, dan isolepidozena. Hanya isomer (-) geosmin yang terbentuk dalam biosintesis ini, sedangkan isomer (+) dapat dibuat di laboratorium. Dalam konversi germakradienol menjadi geosmin, rantai samping tiga karbon dilepaskan sebagai aseton melalui fragmentasi retro-Prins yang belum pernah ditemukan sebelumnya dalam proses biokimia.
Geosmin dalam Air, Ikan, dan Makanan
Sianobakteri dan aktinobakteri melepaskan geosmin saat mati, dan ikan air tawar yang mencari makan di dasar perairan dapat menyerapnya. Hal ini menjadi masalah khusus di beberapa wilayah Amerika Serikat, karena geosmin menyebabkan rasa yang tidak enak pada ikan lele, ikan mas, ikan belanak, dan kerang. Masyarakat yang bergantung pada air permukaan terkadang mengalami air dengan rasa tidak enak ketika penurunan tajam populasi bakteri ini melepaskan geosmin ke pasokan air setempat. Fotokatalis berbasis titanium dioksida juga dapat menguraikan geosmin yang terlarut dalam air.
Catatan Terkait
Jelajahi ketujuh extrait dalam Set Penemuan.
