پتریکور چیست؟ راز بویی که با نخستین قطره‌های باران از زمین بلند می‌شود

پس از چند هفته هوای خشک و آفتابی، یک بعدازظهر آسمان تیره می‌شود و چند قطره‌ی درشت باران روی پیاده‌رو می‌نشیند. لباس‌هایمان هنوز خشک مانده‌اند، ولی بی‌اختیار چشم‌هایمان را می‌بندیم و نفس عمیق‌تری می‌کشیم.

ما عاشق بوی بارانیم؛ گرچه خودمان هم می‌دانیم قطرات آب خالص تقریبا بویی ندارد و این رایحه از خاک نم‌خورده‌ می‌آید. سرچشمه‌ی بو زیر پای ما پنهان شده؛ در منافذ سنگ، میان ذرات خاک و در رشته‌های باکتری‌هایی که با چشم دیده نمی‌شوند.

باران بیشتر از آنکه خالق این بو باشد، قفل انبار زمین را باز می‌کند. برای دیدن سازوکارش باید یک قطره را هنگام برخورد با خاک متوقف کنیم، حباب‌های درونش را ببینیم و سپس همراه مولکولی معطر تا بینی و مغز انسان پیش برویم.

سال ۱۹۶۴، دو شیمی‌دان استرالیایی به نام‌های ایزابل جوی بیر و ریچارد توماس در سازمان پژوهش‌های علمی استرالیا تصمیم گرفتند منشأ بوی خاک پس از بارندگی را پیدا کنند. آن‌ها سنگ‌هایی را که مدت‌ها در معرض گرما و هوای خشک قرار داشتند، جمع‌آوری کردند و با عبور بخار آب، ترکیبات موجود در منافذشان را بیرون کشیدند.

پتریکور یعنی خونِ سنگ‌ها؛ مایعی که انگار زمین در روزهای تشنگی در رگ‌هایش ذخیره می‌کند و با نخستین باران بیرون می‌دهد.

سال‌ها پیش از آنکه علم برای این بو نامی بگذارد، عطرسازان شهر قنوج در هند راهی برای به شیشه کشیدنش یافته بودند. آن‌ها تکه‌های گل رس پخته را همراه آب در دیگ‌های مسی حرارت می‌دهند و بخار را در ظرفی حاوی روغن چوب صندل سرد می‌کنند تا رایحه‌ی خاک در روغن باقی بماند. حاصل کار عطری به نام میتی عطر (Mitti Attar) یا «عطر خاک» است؛ بوی باران، بی‌آنکه قطره‌ای باران ببارد.

پتریکور برخلاف ژئوسمین، ماده‌ی شیمیایی مشخصی نیست و از آمیزه‌ای از ترکیبات بودار زاده می‌شود که زمین خشک در خود نگهشان می‌دارد و با رسیدن رطوبت آزاد می‌کند. به همین دلیل گاهی بوی پتریکور در یک جنگل، مزرعه یا خیابان آسفالتی با هم فرق می‌کند. پوشش گیاهی، جنس خاک و سنگ، مدت خشکی و حتی دمای هوا ترکیب نهایی رایحه را تغییر می‌دهند.

گاهی نیز پیش از بارندگی، افزایش رطوبت مقدار اندکی آب را وارد منافذ خاک و سنگ می‌کند و مواد روغنی را به بیرون می‌راند. باران با ساختن افشانه‌های میکروسکوپی، انتشار همان رایحه را سریع‌تر و گسترده‌تر می‌کند. به همین دلیل ممکن است بوی خاک نم‌خورده را چند لحظه پیش از رسیدن باران هم حس کنیم.

پژوهش بیر و توماس بخشی از راز بوی باران را آشکار کرد، اما منشأ یکی دیگر از مهم‌ترین رایحه‌های خاکی یک سال بعد در آزمایشگاه کشف شد. سال ۱۹۶۵، نانسی گربر و هوبرت لوشوالیه، دو میکروبیولوژیست دانشگاه راتگرز آمریکا ماده‌ای معطر را از باکتری‌های خاکزی جدا کردند و نامش را ژئوسمین گذاشتند؛ واژه‌ای یونانی به معنای بوی زمین.

مهم‌ترین تولیدکنندگان ژئوسمین، باکتری‌هایی از جنس استرپتومایسس هستند. شاید نامشان برایتان آشنا باشد؛ چون بخش بزرگی از آنتی‌بیوتیک‌های شناخته‌شده، از جمله استرپتومایسین، از همین باکتری‌ها به دست آمده‌اند.

استرپتومایسس‌ها برخلاف بیشتر باکتری‌ها، رفتاری شبیه قارچ‌ها دارند و رشته‌های ظریفی در خاک می‌گسترانند و در مرحله‌ای از چرخه‌ی زندگی خود هاگ تولید می‌کنند. پژوهشگران ژن ساخت ژئوسمین را تقریبا در عموم گونه‌های بررسی‌شده‌ی این جنس باکتری شناسایی کرده‌اند.

حالا به یکی از جالب‌ترین بخش‌های ماجرا یعنی بینی انسان می‌رسیم. بینی ما آن‌قدر به ژئوسمین حساس است که می‌توانیم تنها پنج میلیاردم گرم از آن را در یک لیتر آب تشخیص دهیم. برای درک این حساسیت، تصور کنید حدود ۱۲ میلی‌گرم ژئوسمین، یعنی تقریباً نصف وزن یک دانه‌ی برنج را در آب یک استخر المپیک حل کنیم. حتی در چنین غلظت ناچیزی هم بینی بسیاری از ما بوی ژئوسمین را می‌فهمد.

البته ژئوسمین فقط در خاک پیدا نمی‌شود؛ همین مولکول می‌تواند به آب آشامیدنی یا ماهی‌های پرورشی طعمی خاکی بدهد و در رایحه‌ی زمینی و آشنای چغندر هم نقش دارد. جالب اینکه باوجود حساسیت بالای گیرنده‌های بویایی انسان، موجودات دیگری هم هستند که بهتر از ما این بو را می‌فهمند.

برای مثال گیرنده‌ی ژئوسمین در موش کانگورویی، جونده‌ای ساکن بیابان، حدود صد برابر حساس‌تر از گیرنده‌ی انسانی عمل می‌کند. چنین حساسیتی برای جانوری که در محیطی خشک زندگی می‌کند، می‌تواند مزیتی ارزشمند باشد؛ زیرا بوی خاک نم‌خورده خبر از رطوبت و آب می‌دهد.

تا اینجا می‌دانیم بویی که اصطلاحا به‌عنوان بوی باران می‌شناسیم، از کجا می‌آید. ولی مولکول‌هایی که در خاک نشسته‌اند، چطور خودشان را به بینی ما می‌رسانند؟ قطره‌ی باران روی زمین می‌افتد، پس منطقا باید بو را در خاک حبس کند، نه اینکه آن را به هوا بفرستد.

سال ۲۰۱۵، یانگ‌سو جونگ و کالن بویی، دو پژوهشگر مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT)، پاسخ این سوال را پیدا کردند. آن‌ها حدود ۶۰۰ آزمایش روی ۲۸ نوع سطح مختلف انجام دادند؛ ۱۶ نمونه خاک و ۱۲ ماده‌ی مهندسی‌شده. دوربین‌های فوق‌سریعشان لحظه‌ی برخورد قطره با زمین را ثبت کرد و تصویری شگفت‌انگیز پیش چشمشان گذاشت.

در مرحله اول، قطره روی خاک متخلخل می‌نشیند و مقدار بسیار کمی هوا را از منفذهای خاک زیر خود به دام می‌اندازد. در مرحله دوم هوای گیرافتاده به شکل حباب‌های ریز درون قطره بالا می‌رود، درست مثل حباب‌های یک لیوان نوشابه.

نکته مهم اینکه شدت باران هم در این سازوکار اهمیت دارد. جونگ و بویی دیدند باران ملایم و متوسط، به‌ویژه روی خاک‌های شنی و رسی، بیشترین افشانه را می‌سازد. در باران شدید، قطره‌ها با سرعت زیاد فرود می‌آیند و فرصت شکل‌گیری حباب از دست می‌رود. به همین دلیل گاهی پس از رگبار تند، بوی کمتری حس می‌کنیم.

پژوهشگران MIT با استفاده از رنگ فلورسنت نشان دادند که افشانه‌ها می‌توانند مواد دیگری را هم از سطح خاک با خود به هوا ببرند. دو سال بعد، همین گروه در آزمایش‌های دیگری ثابت کرد که باکتری‌های زنده هم از همین راه وارد هوا می‌شوند و حتی تا بیش از یک ساعت زنده می‌مانند.

مولکول ژئوسمین با افشانه‌ای ریز وارد بینی شما می‌شود و به بالای حفره‌ی بینی می‌رسد؛ جایی که میلیون‌ها سلول عصبی مسئول تشخیص بو قرار دارند. انسان حدود ۴۰۰ نوع گیرنده‌ی بویایی فعال دارد و هر سلول عصبی تنها یکی از انواع گیرنده‌ها را روی سطح خود نگه می‌دارد. مولکول ژئوسمین مثل کلیدی خاص، در قفل گیرنده‌ی OR11A1 جا می‌افتد.

با این اتصال، سلول عصبی پیامی الکتریکی می‌سازد و آن را در امتداد عصب بویایی به پیاز بویایی می‌فرستد؛ ساختاری کوچک در قاعده‌ی مغز، درست بالای حفره‌ی بینی. پیاز بویایی پیام‌های رسیده را مرتب می‌کند و به نواحی عمیق‌تر مغز می‌سپارد. حالا می‌بینید چرا بوی خاک خیس، شما را به یاد خاطرات گذشته می‌اندازد.

به همین دلیل، یک نفس عمیق در هوای بارانی می‌تواند شما را به حیاط خانه‌ی مادربزرگ، به مسیر مدرسه در اولین روزهای پاییز یا به خیابانی ببرد که سال‌ها از آن گذر کرده‌اید. روان‌شناسان به این تجربه «پدیده‌ی پروست» می‌گویند؛ به یاد نویسنده‌ی فرانسوی که طعم کیک کوچک خیس‌خورده در چای، سیلی از خاطرات کودکی را در ذهنش جاری کرد. بوی خاک باران‌خورده برای بسیاری از ما همان کیک کوچک پروست است.

احتمالاً متوجه شده‌اید که اولین باران پاییزی بعد از تابستانی طولانی و خشک، بوی قوی‌تر و دل‌پذیرتری نسبت به باران‌های بعدی دارد. دلیلش به موادی برمی‌گردد که در روزهای خشک، کم‌کم در خاک جمع می‌شوند.

گیاهان ترکیبات روغنی فرّاری از خود آزاد می‌کنند که روی سنگ‌ها، ذرات خاک رس و سطح‌های پرمنفذ می‌نشینند و خاک را مثل یک انبار، به‌آرامی پر و پرتر می‌کنند. هرچه زمان خشکی طولانی‌تر باشد، فرصت بیشتری برای جمع‌شدن این مواد فراهم می‌شود.

باکتری‌های استرپتومایسس هم با کم‌شدن آب و غذا، شروع به ساختن هاگ می‌کنند تا دوره‌ی خشکی را پشت سر بگذارند. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که هنگام هاگ‌سازی، ژن‌های تولید ژئوسمین هم فعال می‌شوند؛ یعنی خاک خشک، پر از هاگ‌هایی آماده و سرشار از ژئوسمین است.

نخستین باران همه‌ی ذخیره‌ی خاک را یکجا بیدار می‌کند. حباب‌های ریزی که پژوهشگران MIT دیده بودند، روغن‌های گیاهی و ژئوسمین باکتری‌ها را از خاک به هوا می‌فرستند و بوی غلیظ و آشنای باران با اولین قطره‌ها به مشام می‌رسد. باران‌های بعدی به خاکی می‌خورند که بخشی از ذخیره‌اش را آزادکرده؛ برای همین، بوی ملایم‌تری دارند.

باکتری‌ها چرا اصلاً ژئوسمین می‌سازند؟ ساختن هر مولکول برای یک موجود زنده هزینه دارد و طبیعت معمولاً برای هزینه‌هایش دلیلی دارد. پژوهشگران سوئدی و بریتانیایی در سال ۲۰۲۰، با پژوهشی که در نشریه‌ی Nature Microbiology منتشر شد، نقش ژئوسمین را در زندگی باکتری‌ها روشن کردند.

سرنخ به جانورانی ریز به نام دم‌فنری‌ها (Collembola) رسید؛ بندپایانی شش‌پا با اندازه‌ای کمتر از چند میلی‌متر که تقریباً در خاک همه‌ی قاره‌ها زندگی می‌کنند. پژوهشگران در طبیعت تله‌هایی با طعمه‌ی باکتری استرپتومایسس گذاشتند و دیدند دم‌فنری‌ها به‌سوی تله‌ها هجوم می‌آورند. اتصال الکترود به شاخک‌های دم‌فنری‌ها هم نشان داد که جانوران با شاخک‌هایشان ژئوسمین را حس می‌کنند.

رابطه‌ی باکتری و دم‌فنری به رابطه‌ی میوه و پرنده شباهت دارد. دم‌فنری‌ها از توده‌های باکتری تغذیه می‌کنند و در عوض، هاگ‌ها را در خاک پخش می‌کنند. بخشی از هاگ‌ها به پوشش مومی و آب‌گریز بدن دم‌فنری‌ها می‌چسبد؛ بخشی هم سالم از دستگاه گوارش عبور می‌کند و همراه فضولات در جای تازه‌ای رها می‌شود.

البته برخی جانوران بوی ژئوسمین را نشانه‌ی هشدار می‌دانند. مثلا مگس سرکه با حس‌کردن ژئوسمین از غذای آلوده دوری می‌کند. استرپتومایسس‌ها آنتی‌بیوتیک‌هایی تولید می‌کنند که برای بسیاری از جانوران کوچک خطرناک‌اند، اما دم‌فنری‌ها آنزیم‌هایی دارند که مواد سمی را خنثی می‌کنند. ژئوسمین برای دم‌فنری دعوت به غذاست و برای مگس سرکه، هشدار دور شدن.

حالا بهتر می‌دانید که وقتی اولین قطره‌های باران روی زمین می‌بارند، زنجیره‌ای از اتفاق‌های ریز و نادیدنی آغاز می‌شود. قطره‌ها روی خاک فرود می‌آیند، حباب‌های ریز درونشان می‌ترکند و ذراتی نامرئی به هوا می‌فرستند؛ ذراتی همراه با روغن‌های گیاهیِ جمع‌شده در روزهای خشک و ژئوسمینی که باکتری‌ها برای جذب دم‌فنری‌ها ساخته‌اند.

چند لحظه بعد، از میان حدود ۴۰۰ نوع گیرنده‌ی بویایی شما، یک گیرنده‌ی خاص بیدار می‌شود و پیامش را از راهی میان‌بُر به مرکز خاطره‌ها و هیجان‌های مغزتان می‌رساند.

وقتی باران پاییزی بعدی بارید، پنجره را باز کنید و نفس عمیقی بکشید. بوی خاک نم‌داری که برای ما خاطره می‌سازد، از رابطه‌ای بسیار قدیمی میان باکتری‌های خاک و جانوران ریز آن می‌آید؛ رابطه‌ای که ریشه‌هایش به مدت‌ها پیش از پیدایش انسان می‌رسد.