老葉的植物王國

  圖片作者：ChatGPT 在臺灣，有句廣告台詞讓人印象深刻—— 「喝咖啡又吃甜食，小心胃食道逆流！」 廣告的意思很簡單：兩種因素疊加，問題更嚴重。 最近，德國與瑞典的科學家發現了另一種「不良組合」—— 服用抗生素時喝咖啡，細菌可能變得更難殺。 看文章

  圖片來源：維基百科 人類可能不是唯一對咖啡有「癮頭」的動物。之前，因為有些植物的花蜜中有咖啡因，讓科學家們去研究咖啡因是否對蜜蜂會有影響，也得到了肯定的答案。喝咖啡的蜜蜂，對花蜜所在位置的記憶能力顯著提高，還會一直重複去造訪。 最近有一群科學家，想知道咖啡因對其他的昆蟲是否也有影響？雖然過去也曾有其他的研究團隊做過研究，但是他們只有使用了單一劑量的咖啡因。 於是，他們使用了阿根廷螞蟻（ Linepithema humile ）來進行測試。研究團隊設置了一個用水壕圍繞的紙質平台，螞蟻從入口處進入平台尋找獎勵。獎勵可能是純蔗糖水、或是含有25 ppm、250 ppm或2000 ppm的咖啡因的蔗糖水。 研究團隊用攝影機記錄螞蟻在第一次找到獎勵之後，接下來要花多少時間才能找到獎勵。結果發現，當螞蟻喝了含有25 ppm咖啡因的蔗糖水溶液後，牠下次找到食物的時間平均縮短27.8%（範圍：5.7% 到 50.0%）；如果喝了含有250 ppm咖啡因的蔗糖水溶液，則下次找到食物的時間平均縮短43.5%（範圍：19.5% 到 67.6%）。而且，螞蟻走的路徑變得比較直。 但是，就像我們也不能喝太多咖啡一樣，喝了含有2000 ppm的咖啡因的蔗糖水的螞蟻，不但找到食物（蔗糖水溶液）的速度反而變慢，甚至還出現了毒性反應。而且，螞蟻走的路徑也沒有變得比較直。事實上，2000 ppm 的咖啡因在蜜蜂中其實是致死劑量（LD50）。 這些研究結果顯示，咖啡因對螞蟻的影響具有劑量依賴性，低至中等濃度能夠改善覓食效率，而高濃度則會產生毒性效應，導致行為和生理功能的負面影響。 這個對食物的記憶，不知道是不是跟我們覺得喝了咖啡精神會變好，是類似的效果呢？ 參考文獻： Henrique Galante, Massimo De Agrò, Alexandra Koch, Stefanie Kau, Tomer J. Czaczkes. Acute exposure to caffeine improves foraging in an invasive ant. iScience, 2024; 109935 DOI: 10.1016/j.isci.2024.109935

  圖片來源：維基百科 你喝咖啡嗎？你每天什麼時候喝咖啡？最近的研究顯示，逛街前喝咖啡，會讓你買更多喔！ 這個研究在法國與西班牙進行。研究團隊在超市門口提供義式濃縮咖啡（espresso），含有100毫克的咖啡因。 來採買的民眾大約有三百位喝了義式濃縮咖啡，另外有相當數量的民眾則喝了不含咖啡因的咖啡。 研究結果發現，喝了含咖啡因義式咖啡的組別，買了比平常多三成的物品，消費金額比平常多五成。而且，這些民眾花更多錢買奢侈品。但是在實用性物品（如廚房用具）則看不出差別。 研究團隊也做了線上購物的研究，有類似的發現。 所以，下次要採購前，千萬記得不要喝咖啡；當然，對購物中心來說，或許在入口處擺台免費咖啡機是很聰明的決定。 參考文獻： Dipayan Biswas et al. Caffeine’s Effects on Consumer Spending. Journal of Marketing, published online June 11, 2022; doi: 10.1177/00222429221109247

  圖片來源： 維基百科 咖啡因（caffeine）應該是世界上最廣泛使用的生物鹼了。咖啡、可樂、茶裡面都有咖啡因，很多人早上都需要一杯咖啡或茶，熬夜時更少不了一杯咖啡或一杯茶。而許多號稱有維他命B群的提神飲料，其實主要的提神成分都是咖啡因。 在2016年，有研究團隊 發現 ，在蔗糖水加入與自然界花蜜中一樣濃度的咖啡因，可讓蜜蜂（honeybee）造訪花的頻率提高。但是授粉者不光是蜜蜂，還有其他的昆蟲一樣會採蜜與授粉。 最近的研究發現，咖啡因也能提高歐洲熊蜂（ Bombus terrestris ）對花香的記憶。 研究團隊選取了86隻歐洲熊蜂，將牠們分成三組。第一組在喝加了咖啡因的蔗糖水時，同時也讓牠們聞到草莓花的香味；第二組則是喝蔗糖水同時聞到草莓花的香味；第三組則只讓牠們喝蔗糖水。 接著，他們把這些歐洲熊蜂釋放到人工空間中。這個空間內有兩種人造花，一種有草莓的香味，另一種則有其他的香味。 結果發現：第一組有70.4%的歐洲熊蜂先去找了有草莓香味的花；第二組則有60%的歐洲熊蜂先去找了有草莓香味的花；第三組則只有44.8%先去找了有草莓香味的花。 不過，這個偏好並沒有持續很久。有意思的是，咖啡因除了在短時間內影響蜜蜂對花朵的選擇外，它也會讓蜜蜂採蜜的效率上升。 目前使用人工養殖的蜜蜂來授粉，已經成為趨勢；或許可利用咖啡因來提升蜜蜂與熊蜂們對目標作物的記憶，讓人工養殖的授粉者授粉的效率進一步提升。 參考文獻： Sarah E.J. Arnold, Jan-Hendrik Dudenhöffer, Michelle T. Fountain, Katie L. James, David R. Hall, Dudley I. Farman, Felix L. Wäckers, Philip C. Stevenson. Bumble bees show an induced preference for flowers when primed with caffeinated nectar and a target floral odor. Current Biology, 2021; DOI: 10.1016/j.cub.2021.06.068

  圖片來源：維基百科 你喝咖啡嗎？含咖啡因的飲料可說是全世界最多人飲用的飲料，大約80%的成人每天都會喝含咖啡因的飲料。並不是喝咖啡才會攝取到咖啡因，能量飲料、可樂也都含有咖啡因；尤其是能量飲料的咖啡因真的不低。 咖啡喝多少算太多？或者說含咖啡因的飲料喝多少算太多？根據 Mayo Clinic的資料 ，一般人一天攝取400毫克的咖啡因（相當於四杯左右的咖啡）都可說是安全的，當然如果是孕婦、兒童、心臟有狀況的人，這個量就僅供參考了。 最近的一個研究發現，在短時間內攝取800毫克的咖啡因，會造成身體分泌鈣質增加77%，提高了罹患骨質疏鬆（osteoporosis）的風險。 當然，800毫克相當於八杯咖啡。雖然一天喝那麼多咖啡的人可能不多，但許多能量飲料裡面所含的咖啡因其實並不低；濃縮能量飲每30毫升（一份）中就有215毫克的咖啡因，所以只要喝3-4份就可達到800毫克了。 許多能量飲料刻意強調維生素B群的部分，但其實真正會讓人提振精神的部分是咖啡因而非維生素B群；所以下次喝能量飲料的時候，最好仔細看一下咖啡因的含量，不要一瓶接一瓶喔。 參考文獻： Stephanie E. Reuter et al. The effect of high-dose, short-term caffeine intake on the renal clearance of calcium, sodium and creatinine in healthy adults. British Journal of Clinical Pharmacology, published online April 14, 2021; doi: 10.1111/bcp.14856

  圖片來源：維基百科 許多有咖啡癮的準媽媽們，應該都覺得在懷孕時戒咖啡很難過吧！筆者曾有忘記喝咖啡的經驗，整天昏昏欲睡的感覺真的很難過。但是懷孕期間喝咖啡對小寶寶安全嗎？ 最近的研究發現，懷孕期間喝咖啡會導致胎兒的大腦出現改變，這個改變在出生後還是能觀察到。研究團隊掃描了九千名九到十歲孩童的大腦，發現在懷孕期間有喝咖啡的媽媽，她們的孩子大腦白質出現一些可偵測到的變化，顯示了神經元之間的連結出現了改變。 而這些孩子與懷孕期間未喝咖啡的媽媽的孩子們相比，有專注力不足與過動的現象。過去的研究就發現，胎兒缺少了分解咖啡因的酵素，所以咖啡因對他們的影響會比對成人來得更大。 當然，研究團隊說，他們是請媽媽們回憶懷孕時是否有喝咖啡、喝得多不多，回憶可能不是很準確。也因為是回憶，所以無法從這些數據去詳細分析究竟喝得久又喝得多是不是影響更大，以及在懷孕的哪個時期喝咖啡對胎兒的影響會更顯著等等。不過，還是可以當作參考。 筆者覺得，媽媽們不只是懷孕時應該戒咖啡，在哺乳時也應該要戒咖啡。畢竟能透過乳汁傳送的分子可能也包括了咖啡因。 參考文獻： Zachary P. Christensen, Edward G. Freedman, John J. Foxe. Caffeine exposure in utero is associated with structural brain alterations and deleterious neurocognitive outcomes in 9–10 year old children. Neuropharmacology, 2021; 186: 108479 DOI: 10.1016/j.neuropharm.2021.108479

  DNA與組蛋白（histone）形成染色質。圖片來源： 維基百科 。 表觀遺傳學（epigenetics）--指得是不透過改變DNA序列但仍能遺傳到下一代的現象--最近這幾年很熱門。其中一種機制是透過改變DNA纏繞組蛋白（histone）的方式，造成基因表達的改變。 我們的遺傳物質是由DNA構成，但這些長長的DNA在細胞中藉著組蛋白們的幫助，井然有序地纏繞起來。每146鹼基對的DNA纏繞著由八個組蛋白所構成的結構（這八個組蛋白為H2A, H2B, H3, H4），形成所謂的「核小體」（nucleosome），一個個的核小體之間又有組蛋白H1將它們連起來。當某一段DNA被甲基化或它所纏繞的組蛋白被甲基化時，會使得DNA的結構更加縮緊或鬆開。如果是縮緊（形成所謂的「異染色質」[heterochromatin]），那麼這一段基因就不能被轉錄（transcription），所以也不會被表現；如果是鬆開（形成所謂的「真染色質」[euchromatin]），那麼這一段基因就可以透過轉錄被表現出來。 這類的機制，過去比較有名的是DNA的甲基化（methylation），而最近發表在《自然》雜誌上的研究發現了細胞可以透過將組蛋白H3的第九個胺基酸（離胺酸）甲基化，使該區段的染色質成為異染色質，從而使細胞對咖啡因產生抗性。 來自愛丁堡大學的研究團隊，以裂殖酵母（ Schizosaccharomyces pombe ）為實驗材料，將裂殖酵母以咖啡因處理後，裂殖酵母會因為組蛋白H3的第九個胺基酸甲基化（H3K9me）而對咖啡因產生抗性。 裂殖酵母除了對咖啡因產生抗性，H3K9me的變化也使它們的兩個酵素的表現改變：其中負責將H3K9me上的甲基移除的去甲基酶（demethylase）Epe1的表現會減少，而乙醯轉移酶（acetyltransferase）Mst2的表現會上升。Epe1表現減少使得H3K9me的改變可遺傳到下一代，使得這些對咖啡因有抗性的裂殖酵母，在細胞分裂後仍對咖啡因有抗性。 有趣的是，這些對咖啡因有抗性的裂殖酵母，對某些抗真菌的藥劑也有抗性：這讓研究團隊們想到，如果能應用到高等植物：也就是說，如果被咖啡因處理過的植物，也對咖啡因產生抗性、從而對某些抗真菌的藥劑產生抗性的話，未來可以應用這個現象，在噴灑抗真菌藥劑時，或可提高使用的劑量？當然這只是一個想法，能不...

濃縮咖啡。圖片來源： wiki 晚餐後，來杯咖啡如何？ 筆者不知道多少人喜歡餐後來杯咖啡，但它可以讓筆者整夜在枕上徘徊！所以，筆者在下午兩點後就不敢喝咖啡了。但是，有多少人知道，其實傍晚的一杯咖啡，不僅會影響睡眠，也會重新設定人體的生物時鐘。 在「科學轉譯醫學」（Science Translational Medicine）期刊中的 一篇研究報告 指出，在睡前3小時接受相當於一杯濃縮咖啡的劑量的咖啡因，平均可造成生物時鐘往後撥40分鐘的效果。 在實驗中，五名志願者在他們的正常就寢時間之前幾個小時，服用咖啡因藥片或安慰劑藥片，然後暴露在昏暗或明亮燈光下，來觀察咖啡因的效果。由於受試者只有五人，因此研究團隊讓每個受試者都接受各組不同條件的測試，使他們可以作為自己的對照組。 結果發現，咖啡因的效果大約等於置身於明亮的燈光下的一半強度。研究團隊同時也發現，以人體細胞株來接觸咖啡因，也可以造成生物時鐘延長的效果。 不過，既然咖啡因可以調整生物時鐘，這也意味著在長途旅行後，若能抓對時機喝咖啡，可以幫助人們更快地調整時差。所以，對於那些喝咖啡會失眠的人來說，或許只有長途飛行後才能在晚餐後「來一杯」吧。  參考文獻：  Gretchen Vogel. 2015/9/16. Coffee disrupts the body’s internal clock . Science Now.

我們每天喝掉22.5億杯咖啡，算起來大約3-4個人一天喝掉一杯；這麼多人喝咖啡，種植咖啡的面積自然不會太小。全球種植咖啡的面積有1100萬公畝。 最近，咖啡的基因體已經定序完成了。雖然用來定序的不是阿拉比卡咖啡（ Coffea arabica ，有44條染色體），而是 Coffea canephora （ C. canephora ，22條染色體，又稱為 C. robusta ，約佔世界咖啡總產量的30%）；不過阿拉比卡咖啡是 C. canephora 與 C. eugenioides 的雜交種。 C. canephora 的花。圖片來源： wiki C. canephora 咖啡的基因體由22條染色體構成，總大小是710 Mb。710 Mb有多大呢？想像整個咖啡的基因體印出來在我們面前，我們以一秒一字的速度來念，要念22年又6個多月才念得完。 分析的結果咖啡總共有25,574個產生蛋白質的基因，92個產生microRNA的基因。另外，整個基因體大約有一半是轉位子（transposable element）。 咖啡的基因體中，較特別的部分是，與抗病相關的基因（R基因）在演化上出現了串聯重複（tandem duplication）的現象；而合成酚醛類次級化合物（phenylpropanoids）的基因也變多了。這些基因包括合成類黃酮（isoflavone and flavnoids）的酵素、合成生物鹼（alkaloids）的酵素、合成單萜（monoterpene）的酵素、以及合成咖啡因（caffeine）的酵素等。 有沒有想過咖啡為何要合成咖啡因呢？其實咖啡合成咖啡因，主要是為了抗蟲（在葉片）以及抑制其他植物的種子發芽。居住在衣索比亞的人類，無意中發現了它有提神的效果，便開始採取它的果實。 C. canephora 的果實，完全成熟的果實是鮮紅色的。 圖片來源： wiki 生產咖啡因，對於咖啡的生存競爭能力顯然很重要。在基因體中，研究團隊看到有一個由23個基因構成的群集；與其他兩種會生產咖啡因的植物（茶 Camellia sinensis 、可可 cacao Theobroma cacao ）有明顯的不同。 雖然許多植物在演化過程中，都出現了產生多倍體的現象（如小麥、玉米、甘藍菜、蕃茄等），但是咖啡並沒有出現多倍體，而只是...