جيوسمين

الجيوسمين ( يُلفظ : / dʒiˈɒzmɪn / جي - أوز - مين ) هو سيسكويتربينويد غير منتظم ذو رائحة ترابية أو عفنة مميزة، يمكن لمعظم الناس شمها بسهولة. عتبة الكشف عن رائحة الجيوسمين لدى البشر منخفضة جدًا، حيث تتراوح من 0.006 إلى 0.01 ميكروغرام لكل لتر من الماء. [ ^{1 ] يُعد} الجيوسمين، إلى جانب 2-ميثيل إيزوبورنيول ، من الأسباب البيولوجية الرئيسية لظهور الطعم والرائحة غير المرغوب فيهما في مياه الشرب حول العالم وفي الأسماك المستزرعة . ^{[ 1 ] [ 2 ]} كما أن الجيوسمين مسؤول عن الطعم الترابي للشمندر ، ويساهم في الرائحة القوية المعروفة باسم "بيتريكور" ، والتي تظهر عند هطول الأمطار بعد فترة من الجفاف أو عند تحريك التربة. ^{[ 3 ]}

الجيوسمين هو كحول ثنائي الحلقة صيغته الكيميائية C12H22O ، وهو مشتق من الديكالين . يُنتج من طليعة السيسكويتربين العامة، _{فارنيسيل} بيروفوسفات (المعروف أيضًا باسم فارنيسيل ثنائي الفوسفات)، في تفاعل ثنائي الخطوات يعتمد على أيونات المغنيسيوم ( Mg2 ⁺⁾ _. [ ^{4 ] يُشتق} اسمه من الكلمتين اليونانيتين القديمتين geō- ( γεω- )، وتعني "الأرض"، و osmḗ ( ὀσμή )، وتعني "الرائحة". صاغت هذه الكلمة عام 1965 عالمة الكيمياء الحيوية الأمريكية نانسي ن. جيربر (1929-1985) وعالم الأحياء الفرنسي الأمريكي هوبير أ. ليفالييه (1926-2015). ^{[ 5 ] [ 6 ]}

يُنتَج الجيوسمين كمستقلب ثانوي بواسطة أنواع مختلفة من الطحالب الخضراء المزرقة ( البكتيريا الزرقاء )، والبكتيريا الخيطية من فئة الأكتينوميسيس ، وغيرها من بدائيات النوى، والعديد من حقيقيات النوى. تشمل الأجناس الرئيسية في البكتيريا الزرقاء التي ثبت أنها تُنتِج الجيوسمين: أنابينا ، وفورميديوم ، وبلانكتوثريكس ، بينما يُعدّ جنس ستربتوميسيس الجنس الرئيسي في الأكتينوميسيس الذي يُنتِج الجيوسمين . ^{[ 1 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} في الشمندر ، يُنتَج الجيوسمين داخليًا، وليس بواسطة الميكروبات البيئية أو الداخلية ، مما يُشير إلى أن الشمندر يمتلك وسائل منفصلة أو مكتسبة لتخليق الجيوسمين. ^{[ 10 ]} قد تُعاني المجتمعات التي تعتمد إمداداتها المائية على المياه السطحية من نوبات دورية من المياه ذات المذاق غير المستساغ عندما يُؤدي انخفاض حاد في أعداد هذه البكتيريا إلى إطلاق الجيوسمين في إمدادات المياه المحلية. في ظل الظروف الحمضية ، يتحلل الجيوسمين إلى مواد عديمة الرائحة. ^{[ 5 ]}

في عام 2006، تم تخليق الجيوسمين حيويًا بواسطة إنزيم ثنائي الوظيفة من بكتيريا ستربتوميسيس كوليكولور . ^{[ 11 ] [ 12 ]} يقوم إنزيم واحد، هو سينثاز الجيوسمين ، بتحويل فارنيسيل ثنائي الفوسفات إلى جيوسمين في تفاعل من خطوتين. قد يمنح إنتاج هذا المركب وانتشاره ميزة تطورية للكائنات المنتجة له. وقد ثبت أن الجيوسمين و2-ميثيل إيزوبورنيول يجذبان ذباب الربيع ، فولسوميا كانديدا ، الذي يُعتقد أنه يتغذى على جراثيم ستربتوميسيس وينشرها من خلال برازه وعن طريق الالتصاق بجلده. ^{[ 13 ]}

لا تُنتج جميع الطحالب الخضراء المزرقة مادة الجيوسمين. ويتم تحديد الأنواع التي قد تُنتج الجيوسمين تقليديًا من خلال الفحص المجهري للطحالب المُنتجة للجيوسمين، وهي عملية مُرهقة وتتطلب معرفة مُتخصصة. وقد تم مؤخرًا تحديد جين مُصنِّع الجيوسمين ( geoA )، الموجود في أنواع البكتيريا الزرقاء التي تُنتج الجيوسمين، ولكنه غير موجود في أنواع أخرى من البكتيريا الزرقاء. ^{[ 14 ]} وقد يُتيح تضخيم هذا الجين من عينات المياه باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الحقيقي (PCR) التنبؤ بتغيرات الطعم والرائحة التي تُسببها البكتيريا الزرقاء في المياه العذبة.

يُعدّ الجهاز الشمي البشري شديد الحساسية لمادة الجيوسمين، إذ يستطيع الكشف عنها بتراكيز منخفضة تتراوح بين 400 جزء في التريليون ^{[ 15 ]} و5 أجزاء في التريليون ^{[ 16 ]} . ويُعتقد أن هذه الحساسية المفرطة للجيوسمين قد تطورت لدى البشر أو أسلافهم لمساعدتهم في البحث عن المياه الشحيحة، إلا أن هذا الأمر ليس مؤكدًا ^{[ 17 ]} . وبالمثل، تمتلك العديد من الحشرات حساسية للجيوسمين، ما قد يجعله عامل جذب، يُشير إلى وجود فرائس ميكروبية، أو عامل طارد، حيث قد يتزامن وجوده مع وجود ميكروبات مُنتجة للسموم ^{[ 17 ]} . كما يُعتقد أن للجيوسمين دورًا في أنماط هجرة ثعابين البحر ، إذ يُوجّه تركيزه العالي في أنظمة المياه العذبة هذه الأسماك من المحيط إلى مصبات الأنهار . ^{[ 18 ]} من المحتمل أيضاً أن يكون الجيوسمين متورطاً في افتراس الراكون لأعشاش السلاحف، حيث يؤدي الحفر إلى إثارة التربة وإطلاق المادة الكيميائية وغيرها من المؤشرات المتطايرة في الهواء. ^{[ 19 ]}

^{يُعدّ الجيوسمين مسؤولاً عن الرائحة الكريهة في العديد من أسماك المياه العذبة ذات الأهمية التجارية، مثل الكارب والسلور والبلطي. [20] [2] [21]} يتحد الجيوسمين مع 2 - ميثيل ^{إيزوبورنيول ، الذي يتركز في الجلد الدهني} والأنسجة ^{العضلية} الداكنة . ويتحلل في الظروف الحمضية؛ لذا، يُستخدم الخل ومكونات حمضية أخرى في وصفات الأسماك للحد من النكهة الكريهة. ^{[ 22 ]} تؤدي مركبات الطعم والرائحة، بما فيها الجيوسمين، إلى طعم غير مستساغ في مياه الشرب، وهو ما يعتبره المستهلكون مؤشراً على رداءة جودة المياه. ^{[ 23 ]} على الرغم من آثاره السلبية على طعم ورائحة الأسماك ومياه الشرب، فإن الجيوسمين غير سام للإنسان. ^{[ 24 ]}

يُذكر أن هذا المركب يُشكل مشكلةً لأسماك المياه المالحة التي تُربى في أنظمة الاستزراع المائي المُعاد تدويرها ، مثل سمك السلمون الأطلسي ^{[ 25 ]} . ومع ذلك، تُشير دراسات أخرى إلى أن وجوده في مياه البحر أقل بكثير من وجوده في المياه العذبة، وهو ما يُفسر اعتقاد الكثيرين بأن طعم أسماك المياه العذبة أقرب إلى طعم الطين مقارنةً بأسماك المياه المالحة. تعتمد هذه الأنظمة على الترشيح البيولوجي باستخدام مجتمعات ميكروبية مُستزرعة لمعالجة النفايات النيتروجينية من الأسماك ( الأمونيا ) وتحويلها إلى مركبات أقل ضررًا ( النتريت والنترات ) التي يُمكن تحملها بتركيزات أعلى. مع ذلك، يُمكن أن تنمو البكتيريا المُنتجة للجيوسمين في هذه الأنظمة أيضًا، وغالبًا ما يتطلب الأمر نقل الأسماك إلى نظام "تسمين نهائي" أو "تطهير" إضافي، حيث لا تُغذى لعدة أيام قبل الحصاد لإزالة المركبات ذات النكهة غير المرغوبة وتفريغ الأمعاء. تُعرف هذه العملية أيضًا باسم التطهير .

لا يمكن إزالة الجيوسمين من الماء باستخدام عمليات المعالجة القياسية، ^{[ 26 ]} مما يتطلب استخدام مجموعة من الحلول المتكاملة التي قد لا تكون متاحة لجميع موردي المياه البلدية. تشمل طرق الأكسدة المتقدمة الممكنة التحفيز الضوئي ، والأوزنة ، والمعالجة بالموجات فوق الصوتية . ^{[ 27 ]} قد تُسهم مرشحات الكربون المنشط في حل المشكلة إلى حد ما، ولكن لم تُجرَ سوى دراسات قليلة لمعالجة هذه المسألة. ^{[ 28 ]}

• كبريتيد ثنائي الميثيل – أحد الجزيئات المسؤولة عن رائحة البحر
• عتبة الكشف عن الرائحة - أدنى تركيز للرائحة يمكن إدراكه 
• رائحة الأرض بعد المطر - رائحة ترابية تحدث عند سقوط المطر على التربة الجافة 

• بير، آي جيه؛ توماس، آر جي (1964). "طبيعة رائحة الطين". مجلة نيتشر . 201 (4923): 993-995 . رمز Bibcode : 1964Natur.201..993B . doi : 10.1038/201993a0 . S2CID 4189441 . 
• بير، آي جيه؛ توماس، آر جي (1965). "رائحة المطر على الأرض ونمو النبات". مجلة نيتشر . 207 (5005): 1415-1416 . رمز Bibcode : 1965Natur.207.1415B . doi : 10.1038/2071415a0 . S2CID 4174301 .