¿Alguna vez has notado el olor a lluvia? ¿Nunca te has preguntado por qué el suelo mojado huele tan bien? Al menos, a mí me gusta. Si a ti también, te animo a que sigas leyendo. Soy de esas personas a las que les gusta pasear bajo la lluvia. Si a ti te pasa lo mismo o alguna vez la lluvia te ha sorprendido en el campo, en un jardín, en un parque o en un balcón con macetas, seguro que has notado que la tierra comienza a desprender un olor muy agradable. Es un olor que conoce bien un aficionado a buscar setas, porque algunas de las más apetitosas también desprenden ese aroma al cortarlas. ¿Pero de dónde viene? Y es más: ¿tiene alguna función en la naturaleza? Vamos a verlo.
(Artículo con versión inglesa).
Sevilla.-
Y brillaban las estrellas,
y olía la tierra.
Giacomo Puccini (Tosca).
Un poco de historia y un poco de química
Se echó la manta de caballerías sobre los hombros y se arrastró hasta el aire libre. Fuera mediaba la mañana, una mañana de finales de febrero. Brillaba el sol y la tierra olía a piedra húmeda, musgo y agua.
Patrick Süskind (El perfume: historia de un asesino)
Aunque es conocido desde la antigüedad, las primeras referencias sobre la naturaleza química del olor a tierra mojada vienen de finales del siglo XIX, publicadas en la revista Scientific American por P. E. M. Berthelot y G. Andre en un artículo de 1891 (este de aquí) titulado, precisamente, “El olor del suelo tras la lluvia” (“The odor of the soil after a shower”). Como si se tratase de personajes de Patrick Süskind (con algo menos de truculencia, pero con la misma dedicación), Berthelot y Andre consiguieron extraer y aislar ese “perfume”.
El olor del suelo mojado se debe a la presencia de ciertas sustancias que algunos organismos (como veremos más adelante) liberan durante los períodos secos. Estas sustancias se acumulan en el suelo y se mezclan con la geosmina (una molécula cuyo nombre químico es 4,8a-dimetil-decahidronaftaleno-4a-ol), un alcohol derivado de la decalina (o decahidronaftaleno). Hasta aquí, la nomenclatura química. No os voy a aburrir con eso porque no sois mis alumnos.
A finales de siglo XIX, Berthelot y Andre consiguieron extraer y aislar ese “perfume”.
La geosmina es producida y posteriormente liberada al medio por varios microorganismos, como bacterias de la especie Streptomyces coelicolor, algunas cianobacterias y algunos hongos. Las bacterias del género Streptomyces son muy conocidas principalmente por su importancia como fuente de antibióticos, aunque también son capaces de sintetizar muchas otras sustancias usadas actualmente en medicina (como antifúngicos, antiparásitos, antivirales o sustancias que combaten el cáncer). Hace unos veinte años, un grupo de más de 40 investigadores publicó la secuencia del genoma de Streptomyces coelicolor en la revista Nature. Gracias a su trabajo se descubrió el gen implicado en la síntesis de la geosmina. Hoy sabemos que todas las bacterias de Streptomyces son capaces de “fabricar” geosmina.
La geosmina (palabra que procede del griego “geo”, tierra y “osmin”, olor: olor de la tierra) fue descrita por primera vez en 1965 por los microbiólogos N. N. Gerber y H. A. Lechevalier (puedes leer su trabajo aquí). Cuando llueve, la geosmina pasa a la atmósfera y contribuye a la aparición de un olor especial que se conoce como petricor (del griego “petros”, piedra, e “ikhôr”, que es como se llama el líquido que corre por las venas de los dioses en lugar de la sangre humana). ¿Recuerdas el olor característico que se produce cuando empieza a llover en el campo? Pues eso es el petricor, amigo/a/e.
¿Cómo se difunde el petricor en el aire?
Allí, sobre una escarpada ladera poblada de árboles, los helechos se conservan verdes todo el invierno, cuando los de la colina se mueren y amarillean, y despiden un olor dulce y fuerte parecido al que rezuma de los abetos. Un arroyo descendía por el valle, tan pequeño que pude cruzarlo fácilmente. Bebí agua en mi mano y la saboreé como si se tratara de un ilustre vino dorado.
Arthur Machen (El libro verde)
Aparentemente, el proceso por el que se difunde el petricor en el aire podría parecer simple. Sin embargo, hasta hace bien poco no se conocía el mecanismo por el que estas sustancias pasan del suelo a la atmósfera. Cuando la geosmina se libera, queda adherida a la superficie de las partículas del suelo, como piedras, arena y limo, pero principalmente en las partículas más finas, las arcillas (que poseen un tamaño menor de dos micras y son imposibles de ver por el ojo humano).
Hoy sabemos que todas las bacterias de Streptomyces son capaces de “fabricar” geosmina, palabra que procede del griego “geo”, tierra y “osmin”, olor.
Al ser partículas muy pequeñas y con carga eléctrica negativa, tienen una alta superficie específica y pueden “atrapar” muy fuertemente las moléculas orgánicas. De este modo, la geosmina y otras sustancias volátiles que forman el petricor (como algunos aceites esenciales o el ozono) quedan temporalmente “secuestradas” en la superficie de las partículas de arcilla durante el tiempo seco. Al llover, la geosmina es liberada, formándose el petricor.
Los ingenieros Y. S. Joung y C. R. Buie, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), han desvelado el proceso… ¡y lo han grabado en vídeo! Lo puedes ver aquí. Para ello utilizaron cámaras de alta velocidad. Han observado que las gotas de lluvia pueden comportarse de manera diferente si impactan sobre una superficie homogénea y lisa o irregular y porosa (por ejemplo, el suelo). En este último caso, las gotas pueden atrapar pequeñas burbujas de aire en el punto de impacto. Las burbujas viajan dentro de las pequeñas gotas que rebotan y explotan en la superficie. Así, cada burbuja libera una pequeña nube de partículas de suelo a la atmósfera.
Joung y Buie observaron que la cantidad de estas sustancias que se pueden dispersar y la velocidad a que lo hacen depende en gran medida de variables como la intensidad de la lluvia (cuánto llueve en un intervalo de tiempo), el tamaño de las gotas y la permeabilidad y porosidad de la superficie de contacto. Durante su experimento (que puedes leer aquí), observaron y describieron por primera vez el impacto de gotas de lluvia simuladas en diferentes superficies hidrofílicas (como materiales de ingeniería o suelo natural) utilizando cámaras de alta velocidad. En el momento del impacto, se forman pequeñas burbujas en la interfase sólido/líquido, atraviesan la masa de agua y se liberan a la atmósfera en forma de microgotas (lo que llamamos un aerosol).
Ese olor se conoce como petricor, del griego “petros”, piedra, e “ikhôr”, que es como se llama el líquido que corre por las venas de los dioses.
Inmediatamente después, también observaron cómo el viento transportaba y dispersaba la nube de sustancias liberadas. En total, todo el proceso dura unos pocos microsegundos. Sugirieron que este proceso también puede contribuir al transporte de otras sustancias e incluso seres vivos, explicando, por ejemplo, la propagación de microorganismos infecciosos como Escherichia coli. Si bien, esta bacteria es normalmente inocua y vive en nuestro intestino (donde nos ayuda a digerir los alimentos y produce vitamina K), algunas cepas producen toxinas que pueden causar enfermedades intestinales o de otro tipo.
¿Para qué sirve el olor a suelo mojado?
La tierra exhalaba un agradable vaho a humedad y a excremento de vaca. También olía, con más o menos fuerza, la hierba según el estado del cielo o la frecuencia de las lluvias. A Daniel, el Mochuelo, le placían estos olores, como le placía oír en la quietud de la noche el mugido soñoliento de una vaca o el lamento chirriante e iterativo de una carreta de bueyes avanzando a trompicones por una cambera.
Miguel Delibes (El camino)
A todo esto, ¿qué ganan bacterias como Streptomyces coelicolor produciendo geosmina? ¿Les sirve de algo? Pues sí. Según algunos investigadores (como estos), la geosmina se utiliza como elemento de un cierto lenguaje químico entre bacterias del género Streptomyces y otros organismos. Los animales pueden detectar concentraciones extremadamente bajas de geosmina en el aire y otras sustancias similares liberadas por el suelo húmedo.
De camellos y otros bichos
La estación de las lluvias acababa de finalizar y el agua conservada en las profundidades del terreno había de ser un preciado tesoro para los viajeros cuando se vieran obligados a atravesar el desierto.
Julio Verne (Aventuras de tres rusos y tres ingleses en el África austral)
Se sabe que los camellos, por ejemplo, son capaces de encontrar agua en el desierto desde distancias de hasta 80 km guiándose solo por el olfato. Pero no solo ellos. Lombrices, nematodos (un tipo de pequeños gusanos que viven en el suelo) o insectos son capaces de guiarse por la geosmina para encontrar zonas húmedas en el suelo. Parece que hay algunas razones ecológicas para ello. La geosmina podría ser parte de un mecanismo de atracción para que los animales, al beber, puedan propagar los microorganismos que los producen. De este modo, Streptomyces coelicolor sería capaz de atraer a un animal sediento mediante la geosmina. Al beber, las esporas bacterianas se adhieren a su pelo o su piel y el animal las transportaría a otro lugar húmedo que podrían colonizar.
Los ingenieros Y. S. Joung y C. R. Buie, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), han desvelado el proceso… ¡y lo han grabado en vídeo!
Los colémbolos son un tipo de artrópodo con seis patas, muy parecido a los insectos, y muy, muy abundante en el suelo desde hace 400 millones de años hasta la actualidad. Los colémbolos se alimentan de pequeños organismos como protozoos, pequeños animales como nematodos, rotíferos o tardígrados así como de microorganismos como bacterias, algas y hongos. Cuando a las bacterias Streptomyces se les acaban los nutrientes, intentan colonizar nuevos medios produciendo esporas. Para que estas esporas puedan desplazarse, recurren, como hemos visto, a producir geosmina para atraer animales (como a los camellos en el desierto). Y eso incluye también a los colémbolos, a los que las esporas se les adhieren cuando se acercan en busca de sus presas.
El mosquito Aedes aegypti transmite enfermedades graves como el dengue, la fiebre amarilla, la chikunguña, el zika y el virus mayaro, y es famoso por su incómoda presencia en nuestras latitudes en los últimos años (por mal que nos caigan los mosquitos, tienen muchísima importancia en el equilibrio de los ecosistemas de todo el planeta). Pues bien, este, y probablemente otros mosquitos, se ve atraído por la geosmina, ya que necesita encontrar zonas húmedas donde poner sus huevos.
Algo parecido podría ocurrir con los canguros. Al parecer, la geosmina podría indicar a estos animales el momento adecuado para procrear. Por un lado, las lluvias prevén el crecimiento de la vegetación (y la próxima abundancia de alimento). Por otro, sorprendentemente, la geosmina liberada por la lluvia constituiría una señal para, digamos, ponerse patas a la obra. Al menos, así lo piensan investigadores como H. Tyndale-Biscoe (según su libro “Life of marsupials”).
Esta conexión hace que ciertos olores hagan aflorar recuerdos muy lejanos, de la infancia.
Por otro lado, investigadores de la Universidad de Bonn sugirieron en 2004 (aquí) que existen algunos tipos de cactus que liberan geosmina a la atmósfera durante el día, momento en que se abren sus flores, para atraer polinizadores (los cactus son polinizados por murciélagos, pájaros, abejas y otros amiguetes del reino animal) haciéndoles creer que son una fuente de agua. Cuando abandona la flor, el bicho se va con la misma sed que tenía, pero ayuda a transportar el polen.
Pero la geosmina no parece gustarle a todo el mundo. Las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster), por ejemplo, rechazan el alimento cuando la detectan, ya que podría estar contaminado por microbios patógenos (puedes leerlo aquí). A los colémbolos, las toxinas de estos microbios no parecen importarles demasiado.
¿Y qué pasa con nosotros, los humanos?
Ha besado la lluvia al jardín provinciano
dejando emocionantes cadencias en las hojas.
El aroma sereno de la tierra mojada
inunda el corazón de tristeza remota.
Federico García Lorca (Meditación bajo la lluvia)
¿Qué pasa con nosotros, los humanos? ¿Nos dice algo el petricor? A Federico García Lorca lo ponía nostálgico porque, como usted y yo, tenía su bulbo olfatorio directamente conectado al sistema límbico, la parte del cerebro encargada de la memoria y las emociones. Esta conexión hace que ciertos olores hagan aflorar recuerdos muy lejanos, de la infancia. A Federico le pasaba esto con el olor a tierra mojada y a mí con el galán de noche (la planta, no ningún señor).
Pero volvamos a lo que nos ocupa. Si el olor a humedad en la actualidad nos dice que debe haber agua alrededor, probablemente también lo ha hecho durante los últimos 200.000 años con nuestros antepasados. Imagínate por un momento que eres tu retatarabuelo/a/e capitaneando un viaje por un lugar árido durante el Paleolítico. Tú y tu familia avanzáis penosamente con vuestras pocas pertenencias y la boca más seca que después de comerse un mantecado en julio. Vale que el mantecado se inventó en el siglo XVI, pero ya me entiendes. Si en ese momento, notas el olor a tierra mojada, estoy seguro de que levantarías la vista para intentar descubrirla.
Sin embargo, no siempre nos gusta la presencia de geosmina, como bien saben los señores que fabrican el vino. Del mismo modo, el olor a humedad en ciertos alimentos nos resulta desagradable porque intuimos que se han estropeado (como hemos visto que le ocurre a nuestra buena amiga la mosca drosofila).
Dado que Streptomyces se halla presente en, prácticamente, todos los sitios, la lluvia produce siempre el mismo efecto. Así que la próxima vez que notes ese olor tan característico del suelo mojado, ya sea en el campo, un bosque, un jardín o en esa maceta que tienes en el balcón, recuerda la gran cantidad de procesos químicos que están ocurriendo, los innumerables procesos ecológicos que están teniendo lugar y la multitud de seres vivos que están ahí abajo haciendo sus cosas.
VERSIÓN INGLESA
The sweet scent of the blood of the gods (or why the soil smells so good after the rain)
And the stars were shining,
and the earth was scented.
Giacomo Puccini (Tosca).
Have you ever noticed the smell of rain? Have you ever wondered why wet floors smell so good? I like it. If you too, I encourage you to keep reading.
I am one of those people who likes to walk in the rain. If you like it too, or a storm has ever surprised you in the countryside, in a garden, a park or on a balcony with pots, surely you have noticed that the earth begins to give off a very pleasant smell. It is a smell that mushroom pickers know well, because some of the most appetizing ones also give off that aroma when fresh and cut. But where does it come from? And more: does it have any function in nature? Let’s see it.
A bit of history and a bit of chemistry
He threw his horse blanket over his shoulders and crept out into the open. It was already morning outside, a late February morning. The sun was shining. The earth smelled of moist stones, moss, and water.
Patrick Süskind (Perfume: The Story of a Murderer)
Although known since antiquity, the first references to the chemical nature of the smell of wet earth come from the late 19th century, published in Scientific American by P. E. M. Berthelot and G. Andre in an 1891 article (this one here) titled , precisely, «The Odor of the Soil after a Shower». As if they were Patrick Süskind’s characters (with a little less truculence, but with the same dedication), Berthelot and Andre managed to extract and isolate that “perfume”. The smell of wet soil is due to the presence of certain substances that some organisms (as we will see later) release during dry periods. These substances accumulate in the soil and mix with geosmin (a molecule whose chemical name is 4,8a-dimethyl-decahydronaphthalen-4a-ol), an alcohol derived from decalin (or decahydronaphthalene). Up to here the chemical nomenclature, I am not going to bore you with that because you are not my students. Geosmin is produced and subsequently released into the environment by various microorganisms, such as bacteria of the species Streptomyces coelicolor, some cyanobacteria and some fungi. Bacteria of the genus Streptomyces are well known mainly for their importance as a source of antibiotics, although they are also capable of synthesizing many other substances currently used in medicine (such as antifungals, antiparasitics, antivirals, or substances used for fighting cancer). About twenty years ago, a group of more than 40 researchers published the genome sequence of Streptomyces coelicolor in the journal Nature. Thanks to his work, the gene involved in the synthesis of geosmin was discovered. Today we know that all Streptomyces bacteria are capable of «making» geosmin.
Geosmin (word derived from the Greek “geo”, earth and “osmin”, smell: smell of the earth) was first described in 1965 by microbiologists N. N. Gerber and H. A. Lechevalier (you can read their work here). When it rains, geosmin passes through the atmosphere and contributes to the appearance of a special odor known as petrichor (from the Greek «petros», stone, and «ikhôr», which is the name of the liquid that runs through the veins of the gods instead of human blood). Do you remember the characteristic smell that is produced when it starts to rain in the field? That’s petrichor, my friend!
How does petrichor diffuse into the air?
There is a steep bank with trees hanging over it, and there the ferns keep green all through the winter, when they are dead and brown upon the hill, and the ferns there have a sweet, rich smell like what oozes out of fir trees. There was a little stream of water running down this valley, so small that I could easily step across it. I drank the water with my hand, and it tasted like bright, yellow wine.
Arthur Machen (The Green Book)
At first sight, petrichor diffussion into the air might seem simple. However, the mechanism by which these substances pass from the soil to the atmosphere was not known until very recently. When geosmin is released, it sticks to the surface of soil particles, such as rock fragments, sand, and silt, but mainly to the finer particles, clays (which are less than two microns in size and impossible to see by eye). These very small particles with a negative electrical charge have a high specific surface area and can «trap» organic molecules very strongly. Consequently, geosmin and other volatile substances that make up petrichor (such as some essential oils or ozone) are temporarily «sequestered» on the surface of the clay particles during dry weather. When it rains, geosmin is released and petrichor appears.
Engineers Y. S. Joung and C. R. Buie, from the Massachusetts Institute of Technology (MIT), have unveiled the process… and recorded it on video! You can see it here. For this they used high-speed cameras. They have observed that raindrops can behave differently if they hit a homogeneous and smooth or an irregular and porous surface (for example, the soil). In the latter case, the droplets can trap small air bubbles from soil pores. The bubbles travel inside the small droplets that bounce and explode near the surface. Thus, each bubble releases a small cloud of soil particles into the atmosphere.
Joung and Buie observed that the amount of these substances that can be dispersed at different rates depending on rainfall intensity (how much it rains in a period of time), the size of the waterdrops, the amount of rain and permeability and porosity of the contact surface. During their experiment (which you can read here), they observed and described for the first time the impact of simulated raindrops on different hydrophilic surfaces (such as engineered materials or natural soil) using high-speed cameras. At the moment of impact, small bubbles form at the solid/liquid interface, pass through the body of water, and are released into the atmosphere as microdroplets (that is called an aerosol). Immediately afterwards, they also observed how the wind carried and dispersed the cloud of released substances. The entire process takes a few microseconds. They suggested that this process may also contribute to the transport of other substances and even living beings, explaining, for example, the spread of infectious microorganisms such as Escherichia coli. While this bacterium is normally harmless and lives in our intestines (where it helps us digest food and produces vitamin K), some strains produce toxins that can cause intestinal or other illnesses.
What is the smell of wet floor for?
The earth exhaled a pleasant steam of humidity and cow dung. He also smelled, with more or less force, the grass depending on the state of the sky or the frequency of rain. Daniel the Owl loved these smells, as he liked hearing in the stillness of the night the sleepy mooing of a cow or the screeching, repetitive wail of an oxcart lurching along a chute.
Miguel Delibes (The path)
So… what do bacteria like Streptomyces coelicolor gain by producing geosmin? Is it of any use to you? You are right. According to some researchers (such as these), geosmin is used as an element of a certain chemical language between bacteria of the genus Streptomyces and other organisms. Animals can detect extremely low concentrations of geosmin in the air and other similar substances released by moist soil.
About camels and other creatures
Because then the rainy season just being over, the water, preserved in the fissures of the earth, would furnish a valuable resource to travellers in the desert.
Jules Verne (Adventures of three Russians and three Englishmen in southern Africa)
Camels, for example, are known to be able to find water in the desert from distances of up to 80 km guided only by smell. But not only them. Earthworms, nematodes (a type of small worms that live in the soil) or insects are able to use geosmin to find moist areas. May be some ecological reasons exist for this. Geosmin could be part of an attraction mechanism so that animals, when drinking, can spread the microorganisms that produce it. In this way, Streptomyces coelicolor would be able to attract a thirsty animal using geosmin (hey, water here!). When drinking, bacterial spores adhere to the animal’s hair or skin and it would transport them to another moist place to colonize.
Springtails are a type of arthropod with six legs, very similar to insects, and very, very abundant in soil from 400 million years ago to the present day. Springtails feed on small organisms such as protozoa, small animals such as nematodes, rotifers, or tardigrades, as well as bacteria, algae, and fungi. When Streptomyces bacteria run out of nutrients, they attempt to colonize new media by producing spores. In order for these spores to move, they start producing geosmin to attract animals (such as camels in the desert). And that also includes springtails, to which the spores adhere when they approach in search of their prey.
The Aedes aegypti mosquito transmits serious diseases such as dengue, yellow fever, chikungunya, the Zika and the Mayaro virus, and is famous for its inconvenient presence in our latitudes in recent years (no matter how unfriendly mosquitoes are, they have a great importance in the balance of ecosystems through the entire planet). Well, this, and probably other mosquitoes, uses geosmin find humid areas where to lay its eggs.
Something similar could happen with kangaroos. Apparently, geosmin could tell these animals the right time to procreate. On the one hand, the rains anticipate the growth of vegetation (and the upcoming abundance of food). On the other hand, surprisingly, the geosmina released by the rain would constitute a signal to, let’s say, get down to business (wink!). At least, that’s what researchers like H. Tyndale-Biscoe think (according to his book “Life of marsupials”).
On the other hand, researchers from the University of Bonn suggested in 2004 (here) that there are some types of cacti that release geosmin into the atmosphere during the day, when their flowers open, to attract pollinators (cacti are pollinated by bats), birds, bees and other friends of the animal kingdom) making them believe that they are a source of water. When pollinators leave the flower, they are still thirsty, but help to transport the pollen.
But not everyone likes geosmin. Fruit flies (Drosophila melanogaster), for example, reject food that smell like geosmin because it may be contaminated by pathogenic microbes (you can read about it here). Springtails don’t seem to care too much about the toxins from these microbes.
And what about us humans?
The rain has kissed the village garden
leaving exciting cadences on the leaves.
The serene scent of wet earth
floods the heart with remote sadness.
Federico García Lorca (Meditation under the rain)
What about us humans? Does the petrichor tell us something? Federico García Lorca got nostalgic because, like you and me, his olfactory bulb was directly connected to the limbic system, the part of the brain in charge of memory and emotions. This connection makes certain smells bring up very distant memories of childhood. This happened to Federico with the smell of wet earth and to me with the night-blooming jasmine.
Let’s focus. If petrichor tells us that there must be water around, it probably has for the last 200,000 years to our ancestors. Imagine for a moment that you are your own great-great-grandfather leading a journey through an arid place during the Paleolithic period. You and your family trudge along with your few belongings and your bone dry mouth. If at that precise moment you smell wet soil, I’m sure you would look up trying to discover it.
However, we don’t always like the presence of geosmin, as wine makers know. In the same way, the smell of humidity in certain foods is unpleasant to us because ww know they may have gone bad (as fruit flies think!).
Since Streptomyces is practically ubiquitous, rain always produces the same effect. So the next time you notice that characteristic smell of wet soil, whether it’s in the field, a forest, a garden or in that pot you have in the window, remember the large number of ongoing chemical processes, the innumerable ecological events that are taking place and the multitude of living beings that are down there doing their business.
(Antonio Jordán López es un destacado científico español, doctor en Biología y profesor de Ciencias del Suelo de la Universidad de Sevilla, con una amplia labor investigadora y obra publicada).
SOBRE EL AUTOR
El destacado científico Antonio Jordán López, nuevo colaborador de PROPRONews
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