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植物有「牙齒」?

刺蓮花屬植物。圖片來源:Wiki

植物不會動,所以遇到掠食者,只能無奈的被咬。不過,有些植物沒那麼認命。蕁麻科(Urticaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、刺蓮花科(Loasaceae)以及茄目下的 Hydrophyllaceae科的植物們為了積極防咬,他們會在身上長出刺來;只要曾企圖摘過花或果實的朋友,可能都有被刺過的經驗。

不過,有多少人會認真去看看這些植物的刺呢?我們大概都只是檢查一下手指、看看是否有殘刺留在肉裡,有的話就拔掉。就這樣吧?

不過,有些植物只要被它刺過一次,下次就不會去摸它了!例如原產於美洲與非洲的刺蓮花屬植物就是很好的例子。被它刺一下,那個痛只能說會讓你永生難忘!

會這麼痛是什麼原因呢?

我們先來看德國的研究團隊提供的刺的電顯照片:

圖片來源:Scientific Reports

原來,除了我們以為的細刺(small trichomes,小葉毛,上圖b)以外,它們還有「刺毛」(stinging hair,上圖a)-- 刺毛是單細胞的,它的尖端有個球狀的尾部,遇到機械壓力(如手摸、口咬等等),尾部就會掉落。掉落後,刺毛內部的空腔會將細胞內的毒液注射到我們的皮膚裡面(就像皮下注射一樣),這些毒液包括組織胺、乙醯膽鹼、血清素以及其他尚未辨別出來的物質(1),會引發非常疼痛的反應。而小葉毛雖然無法注射毒液,卻全身布滿細刺(好像它還不夠細一樣!)。由於它具備了刺毛與小葉毛的關係,使得我們被刺了以後,奇痛難忍。

大概是這個「奇痛」引發了德國的研究團隊的興趣,於是他們決定研究一下這一屬的植物的刺毛與葉毛的結構。結果他們很驚訝的發現,刺蓮花屬植物除了具備了毒液的刺毛跟小葉毛以外,它們的刺毛的尖端部位、以及小葉毛的細刺部位,其實都是由磷酸鈣(hydroxyapatite)形成(2)。

磷酸鈣有什麼了不起的呢?原來,其他有刺的植物的刺,都是以碳酸鈣或是矽來增加它的強度;唯獨刺蓮花屬植物使用磷酸鈣。磷酸鈣是組成哺乳類的牙齒、骨骼的成分,過去從來沒有在植物的任何結構上看過;同樣擁有刺毛的蕁麻科(Urticaceae)植物的刺毛只有碳酸鈣與矽,而這並不消減它的致命性:蕁麻科的蕁麻草( Dendrocnide moroides )是澳洲最毒的有刺植物,曾有導致馬死亡的案例。

這就讓研究團隊非常的好奇。為什麼刺蓮花屬植物要用磷酸鈣來增加它的刺尖部位的強度呢?會不會是因為它們無法代謝矽或是碳酸鈣呢?這個疑問很快就被解答了:研究團隊在刺毛的磷酸鈣旁邊,還是可以找到碳酸鈣與矽的結晶,證明了它們其實在利用碳酸鈣與矽上面並沒有問題。

那麼,究竟為什麼刺蓮花屬植物要使用磷酸鈣呢?目前還不清楚。不過,到目前為止,這是高等植物中唯一可以找到利用磷酸鈣的例子;由於這些刺通常都是為了阻絕吃草的動物啃咬它們,在某種意義上,大概也可以說是「以牙還牙」吧!不過,看到這些會注射毒液的刺毛與看起來很像狼牙棒的小葉毛,真的令筆者從心裡發毛啊!

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

1. E. Laurence Thurston, Nels R. Lersten. The morphology and toxicology of plant stinging hairs. The Botanical Review. 1969, Volume 35, Issue 4, pp 393-412

2. Hans-Jürgen Ensikat et. al., 2016. A first report of hydroxylated apatite as structural biomineral in Loasaceae – plants’ teeth against herbivores. Scientific Reports. doi:10.1038/srep26073

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陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

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接下來的工作就是要了解為何這古方有效。2005年有另一個研究團隊嘗試過同樣的方子,但沒有任何效用。唯一的差別是他們沒有煮九天。而單獨使用任何一個成分也都沒有效果。

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

2015/10/10 更正:由於當初只有參考文獻1中的文字可供參考,而New Scientist 使用了stewing這個詞,使筆者誤以為是「將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中烹煮九天。」;本文中的研究於2015/8出版於mBio期刊(2),參考其中的方法發現,正確的製備過程是「將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中置放九天。」。特此更正。

參考文獻:

1. Clare Wilson. 2015/3/30. Anglo Saxon remedy kills hospital superbug MRSA. New Scientist.

2.Harrison et al. (2015) A 1,000-year-old antimicrobial reme…

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參考文獻:

蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。
行政院農委會。甘藷主題館