De australske forskerne Isabel Joy Bear og Richard Grenfell Thomas introduserte betegnelsen petrichor i en artikkel fra 1964 i Nature. Thomas laget betegnelsen for det som tidligere var kjent som argillaceøs lukt. Navnet ble foreslått for en lukt som ble betraktet som en ichor, eller en flyktig essens, utvunnet fra stein eller berg. Ordet petrichor er sammensatt av det greske petra, «stein» eller «berg», og ichor, den eteriske, gylne væsken som flyter i årene til de gamle greske gudene og gudinnene. Navnet innebærer ikke at petrichor nødvendigvis er en fast kjemisk enhet; det betegner en karakteristisk lukt som varierer innenfor et visst lett gjenkjennelig spekter.
Bear og Thomas brukte betegnelsen om en lukt som frigjøres fra stein- eller jordmaterialer etter tørre perioder når de utsettes for fuktighet. Ved å destillere steiner som var utsatt for varme, tørre forhold, fikk de en luktende olje og viste at fuktighet kunne frigjøre det oppsamlede materialet. Lukten forbindes med oljer som samler seg i stein og jord i tørre perioder og frigjøres av fuktighet, samt flyktige forbindelser som produseres av mikroorganismer i jorda, særlig geosmin og 2-metylisoborneol. Petrichor forbindes med en blanding av flyktige stoffer snarere enn én enkelt kjemisk forbindelse. Bear og Thomas beskrev duften som et resultat av kjemiske forbindelser som planter skiller ut i tørre perioder, og som leirholdig jord og steiner deretter absorberer.
Aerosoldannelse etter at en dråpe treffer porøse materialer, er en prosess i tre trinn: bobledannelse, boblevekst og boblesprekk. Forskerne mistenker at disse aerosolene i naturlige miljøer kan føre med seg aromatiske bestanddeler sammen med bakterier og virus som finnes i jorda. Teamet gjennomførte rundt 600 eksperimenter med 28 overflatetyper, 12 konstruerte materialer og 16 jordprøver. I tillegg til planter er bakterier av slekten Streptomyces delvis satt i forbindelse med produksjonen av kjemikaliene som finnes i disse aerosolene. Lukten før regn er ozon: Lyn i skyene splitter nitrogen- og oksygengass i enkeltatomer, som rekombinerer til blant annet nitrogenmonoksid (NO) og ozon, og fallvind og de første regndråpene fører ozonet ned til bakken.
Geosmin bidrar til den sterke duften som kalles petrichor, og som oppstår når det regner etter en periode med tørt vær. Geosmin er også ansvarlig for den jordaktige smaken av rødbeter. Geosmin er en bicyklisk alkohol og et derivat av dekalin. Navnet kommer fra gresk og betyr jordlukt. Lukteterskelen i vann varierer fra 0,006 til 0,01 mikrogram per liter. Menneskets luktesans er svært følsom for geosmin. I en studie med 50 forsøkspersoner var den gjennomsnittlige lukteterskelen 9,5 ng/L for naturlig forekommende (-)-geosmin og 78 ng/L for (+)-geosmin.
Geosmin produseres av en rekke mikroorganismer, blant annet de fleste Streptomyces-arter og flere arter av cyanobakterier, myxobakterier og sopp. Blant cyanobakteriene er de viktigste slektene som er påvist å produsere geosmin, Anabaena, Phormidium og Planktothrix. Biosyntesen av geosmin begynner med farnesyl-difosfat, en viktig byggestein i biosyntesen av steroler og sesquiterpener. Hos Streptomyces coelicolor har enzymet germakradienol/geosmin-syntase to funksjoner: ett domene omdanner farnesyl-difosfat til germakradienol, og et annet fullfører omdanningen til geosmin. Under sure forhold brytes geosmin ned til luktfrie stoffer.
Det er påvist at geosmin og 2-metylisoborneol tiltrekker spretthaler, som antas å spise sporer fra Streptomyces og spre dem. Geosmin og 2-metylisoborneol er de viktigste biologiske årsakene til jordaktig lukt og smak i drikkevann verden over og i oppdrettsfisk. En menneskelig luktreseptor for geosmin, OR11A1, er identifisert, og funksjonen er bevart i ortologer hos seks pattedyrarter. Det er foreslått at menneskers ekstreme følsomhet for geosmin utviklet seg hos mennesker eller deres forfedre for å bidra til å finne vann når det er knapt, men dette er ikke fastslått.
Aerosolutslipp fra regndråper
I 2015 observerte Joung og Buie med høyhastighetskameraer at en regndråpe som treffer en porøs overflate, fanger små luftbobler på treffpunktet. Når regndråpen begynner å flate ut, stiger boblene opp fra overflaten og gjennom dråpen. Som i et champagneglass skytes de oppover og sprekker til slutt ut av dråpen i en sprudling av aerosoler, en mulig mekanisme for hvordan duftbærende materiale kan komme ut i luften. Før denne studien ble vindblåst støv og havsalt fra sjøsprøyt regnet som de viktigste mekanismene for spredning av aerosoler i miljøet. Mengden aerosoler som frigjøres, kan forutsies ut fra regndråpens hastighet og overflatens gjennomtrengelighet. Aerosoldannelsen er størst når forholdet mellom Weber- og Péclet-tallene er i balanse, rundt 1. Det betyr at regndråpene verken er for raske eller for langsomme, og at overflaten verken er for våt eller for tørr. Langsommere regndråper kan danne flere aerosoler, noe som er foreslått som en forklaring på at petrikor oftere merkes etter lett regn. Ved kraftig regn gir treffhastigheten for kort tid til at det dannes bobler inne i dråpen. Aerosoldannelse ble bekreftet under forhold som tilsvarer lett og moderat regn på jord med vannabsorberende egenskaper som ligner på leire og sandholdig leirjord. Den ble ikke observert på sand eller under forhold som tilsvarer kraftig regn. I forsøk med et fargestoff viste det seg at aerosolene som frigjøres fra regndråpene, inneholdt fargestoffet. Dette tyder på at slike aerosoler også kan frakte andre forurensende stoffer.
Geosmin: Kilder og kjemi
Geosmin er en sekundær metabolitt fra blågrønnalger (cyanobakterier), filamentøse bakterier kjent som aktinomyceter (aktinobakterier), særlig slekten Streptomyces, andre prokaryoter og ulike eukaryoter. I rødbeter produseres geosmin av planten selv, ikke av miljømikrober eller endofyttiske mikrober. Noen karplanter, som kaktusblomster og rødbeter, produserer også geosmin. Geosmin er også funnet å frastøte nematoden Caenorhabditis elegans og redusere kontakten dens med Streptomyces. Ikke alle blågrønnalger produserer geosmin: genet for geosminsynthase, geoA, finnes hos cyanobakteriearter som produserer stoffet, og mangler hos de andre. Oppformering av dette genet fra vannprøver ved hjelp av sanntids-PCR kan gjøre det mulig å forutsi smak- og luktproblemer forårsaket av cyanobakterier i ferskvann. Geosmin er et uregelmessig seskviterpenoid. Mellomproduktene i dannelsen omfatter germacren D, oktalin og isolepidozen. I denne biosyntesen dannes bare (-)-isomeren av geosmin, mens (+)-isomeren kan framstilles i laboratoriet. Når germakradienol omdannes til geosmin, frigjøres sidekjeden med tre karbonatomer som aceton gjennom en retro-Prins-fragmentering uten biokjemisk sidestykke.
Geosmin i vann, fisk og mat
Cyanobakterier og aktinobakterier frigjør geosmin når de dør, og ferskvannsfisk som lever på bunnen kan ta det opp. Dette er et særskilt problem i deler av USA, der det gir uønsket smak på steinbit, karpe, multe og muslinger. Samfunn som er avhengige av overflatevann, kan periodevis få vann med ubehagelig smak når et kraftig fall i bestanden av disse bakteriene frigjør geosmin i den lokale vannforsyningen. Fotokatalysatorer basert på titandioksid kan også bryte ned geosmin oppløst i vann.
Relaterte notater
Utforsk alle de sju extraitene i Discovery Set.
