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咖啡因是天然殺蟲劑 為何人類和昆蟲仍被咖啡吸引?

2020-01-27 03:00商周出版 文/摘自《種子的勝利:穀類、堅果、果仁、豆類、核籽如何征服植物王國,形塑人類歷史》

【文、圖/摘自商周出版《種子的勝利》,作者索爾.漢森】

咖啡樹會在各個部位製造出咖啡因,但咖啡因一旦到了種子裡就會停留在胚乳中,不再流動...
咖啡樹會在各個部位製造出咖啡因,但咖啡因一旦到了種子裡就會停留在胚乳中,不再流動。對愛喝咖啡的人來說,這是一件好事,但對種子而言,就不盡然了。 圖/ingimage

最讓人開心的豆子

咖啡因是天然的殺蟲劑。」在一群研究人員初步發表咖啡所具有的效果後不久,《紐約時報》便刊出了這樣一則頭條新聞。當時他們所公布的內容很簡短,但其中指出蚊子特別容易受到咖啡因的影響。事實上,咖啡因確實有效,而且可以對抗許許多多的蟲害,因此除了咖啡樹之外,有些植物也懂得加以運用。在熱帶地區就至少有三種其他樹木的種子含有咖啡因,分別是:可可、瓜拿納(Guarana),和可樂果(Kola nut)。這些種子就像咖啡豆一樣,可以被磨成粉再和水混合做成飲料,包括熱可可、巴西的瓜拿納汽水,和市售的各種可樂(包括最初的可口可樂和百事可樂)。除此之外,茶葉和南美洲一種名為「瑪黛」的冬青屬植物中也含有咖啡因。以上這些都是人們最喜愛的提神飲料。看來,自然界有咖啡因的地方,人們便會拿著馬克杯、葫蘆或茶壺趨之若鶩。

咖啡因就像辣椒素一樣,也是一種生物鹼。要製造咖啡因,植物必須用掉一部分的氮,而這些氮是原本可以拿來用於生長的,因此咖啡樹便透過「咖啡因回收系統」,把這些咖啡因做最有效的利用。它們會先在身上最脆弱的組織中製造出咖啡因,然後再把這些咖啡因轉移到最重要的地方,也就是它們的種子。嫩葉是最先出現咖啡因的部位,此時咖啡因有助驅除那些以嫩葉為食的昆蟲與蝸牛;但是當這些葉子逐漸長大變硬時,咖啡樹便會把一大部分的咖啡因收回,放在花朵、果實和發育中的種子當中,以便保護它們。咖啡樹的果實(一種淡紅色的漿果)也會製造咖啡因,其中很大一部分都滲進果實內的一對種子中,而這些種子不僅接收咖啡因,它們本身也會製造更多的咖啡因,使其濃度達到幾乎可以驅退所有攻擊者(那些最強硬的對手除外)的地步。由於會對咖啡下手的昆蟲和其他害蟲,總計在九百種以上,因此我們可以合理假定,咖啡樹是為了因應這樣的狀況而演化出咖啡因,但就像歷史學家對關於狄克魯的故事細節仍有歧見一般,科學家們對植物之所以演化出咖啡因的原因,仍有不同的看法。咖啡因雖是很好的殺蟲劑,但這並不是它唯一的用途。

咖啡樹會在各個部位製造出咖啡因,但咖啡因一旦到了種子裡就會停留在胚乳中,不再流動。對愛喝咖啡的人來說,這是一件好事,但對種子而言,就不盡然了。這是因為咖啡因除了能驅退攻擊者之外,也會使種子無法發芽。咖啡因的化學結構既能殺死甲蟲的幼蟲、讓蛞蝓痛苦的蠕動,同樣也會使植物細胞無法正常分裂。我們先前已經提過咖啡豆所面臨的這個困境,但值得在這裡再提一次。為了能成功的發芽,咖啡種子必須讓它細小的根和幼芽遠離咖啡豆內含有咖啡因的部位。它所用的方法便是:快速的吸水,讓它原本就有的細胞飽含水分並膨脹,並將生長點往外推。唯有在逃離了咖啡豆之後,幼芽的細胞才能正常的分裂與生長。然而,當它們成功的完成了這個任務之後,還會發生一個更有趣的現象:當咖啡幼苗愈長愈大時,咖啡因會從逐漸萎縮的胚乳中滲漏出來,擴散到周圍的土壤中,而且似乎能夠抑制附近植物的根部生長,並阻止附近的其他種子發芽。換句話說,咖啡豆知道該如何殲滅它們的競爭對手;它們會分泌自製的殺蟲劑,清出一小塊地盤來占地為王。在植物的演化上,這是一個很大的優勢,能夠幫助植物順利發芽,並確保自己的生存。這一點就像驅除害蟲一樣重要。

我們很容易理解咖啡樹為何想保護自己的種子和葉子,或讓它們的幼苗能夠「贏在起跑點」,但有關咖啡因之所以形成的原因,有個理論卻頗令人意外,不過想必也有很多人能夠認同,因為他們在一大早也有同樣的感受。這和「成癮」有關。當被回收的咖啡因在咖啡樹內流動時,也會出現在花蜜中。長久以來,這一點一直讓科學家們大惑不解:為什麼咖啡樹要把殺蟲劑放在用來吸引昆蟲的花蜜中呢? 科學家們最近在研究蜜蜂之後,終於找到了答案:在劑量適當時,咖啡因不會驅退那些幫助傳粉的昆蟲,反而會使牠們一而再、再而三的回來。

「我認為咖啡因強化了牠們大腦中的酬賞路徑(reward pathway)神經元反應。」傑蘿汀.萊特(Geraldine Wright)告訴我。她是英國新堡大學(Newcastle University)的神經科學教授,畢生都在研究蜜蜂的思考模式。她對蜜蜂非常熟悉,因此偶爾會在公共場合穿上「蜜蜂比基尼」,讓一群活生生的工蜂停駐在她身上,蓋住她胸部到領口的部位。蜜蜂的腦子雖然簡單,卻表現出驚人的合作能力。萊特和同事曾經訓練一群蜜蜂造訪他們用來做實驗的花朵,結果發現:這些蜜蜂比較有可能記住並回到那些被塗抹了咖啡因的花朵上,而且頻率高達三倍。在這個情況下,蜜蜂腦子運作的方式就像人類一樣:當牠們啜飲花蜜中的咖啡因時,牠們的酬賞路徑就會亮起來。對於咖啡樹而言,製造含有咖啡因的花朵,可以吸引一票忠誠的傳粉昆蟲,就像每天早上通勤的人士在他們最喜歡的咖啡攤之前,排隊購買義式咖啡一樣。

當我問萊特這是不是咖啡因產生的目的,而它的殺蟲和除草作用只是附帶效果時,她似乎認為這種說法太過牽強。她在寫給我的一封電子郵件中表示:「我不確定『擇汰』的壓力有這麼強大。」我幾乎可以看到她皺著眉頭表示懷疑的神情。但是柑橘屬樹木的花朵裡也含有咖啡因,它們的種子或葉子裡卻沒有,這顯示這樣的說法還是有可能成立。由於柳橙、檸檬和萊姆都是以揮發性的油和其他化合物,做為自我防衛的工具,因此,它們之所以使用咖啡因,顯然只是為了要操縱蜜蜂的腦袋。

在談論種子時,與其推測咖啡因形成的確切原因,不如了解它的作用。它對驅除昆蟲和抑制附近植物的生長都很有效,但蜜蜂的故事也很重要,因為在咖啡豆的所有特性中,對於咖啡的歷史以及飲用咖啡的文化影響最大的,莫過於咖啡因對人腦的作用。

「情緒會更高昂,想像力會變得活躍,對人會充滿善意……記憶力會增強,判斷力也會提高,同時在短時間之內會變得口若懸河、滔滔不絕。」這是一九一○年英國某醫學期刊的報告。現代學者的用語可能會比較保守一些,但他們研究所得到的結論是相同的。人們在喝下一杯普通容量大小的咖啡之後,進入血液中的咖啡因就足以對他們的中央神經系統產生可以測量的影響。大腦神經元放電的速度會變快,肌肉會抽搐,血壓會升高,困倦的感覺會消退。但就像辣椒素造成的灼熱感並不是由熱氣導致,咖啡因造成的興奮感也不會真正提振你的精神。我們喝下咖啡後,精神之所以會變好,是因為咖啡因會防止我們感到疲倦。

咖啡因
咖啡

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