老葉的植物王國

  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

  ANT。圖片來源： PNAS 提到植物的抗旱賀爾蒙，大家馬上就會想到離層酸（ABA，abscisic acid）。離層酸在植物感受到缺水時分泌，會使得氣孔關閉。 除了抗旱以外，離層酸也有抑制種子發芽的功能。有些種子之所以在成熟後進入漫長的休眠，就是因為種子內所含的離層酸濃度很高。 最近的研究合成了一個稱為antabactin（ANT）的分子。這個分子目前我將它暫譯為「反離層酸」，它可以干擾離層酸受器與離層酸的結合。 這個分子是怎麼合成的呢？是以所謂的「點擊化學」（Click chemistry）的方式。「點擊化學」是由2001年諾貝爾化學獎得主巴里·夏普萊斯（K. Barry Sharpless）在2001年引入的一個合成概念，主旨是通過小單元的拼接，來快速可靠地完成形形色色分子的化學合成。 ABA。圖片來源： PNAS 首先，研究團隊手上已經有個能模仿離層酸作用的化合物，稱為Opabactin（OP）。因為OP的C4 nitrile（下圖紅圈處）跟離層酸的C4'環（上圖）在構形上有類似之處（superimposable），所以研究團隊決定將OP的這個位置進行修飾。接著，他們便以opabactin為藍本，利用點擊化學的原理，將它的C4 nitrile位置修飾，迅速合成了四千個衍生物。接著他們就從這四千個衍生物中篩選出與opabactin生物活性相反的化合物，於是就找到了「反離層酸」。X光繞射可以清楚地看到，反離層酸與阿拉伯芥的離層酸受器緊密地結合，阻礙了受器與其他分子的互動。 OP。C4 nitrile以紅圈標出。圖片來源： PNAS 反離層酸可以讓阿拉伯芥、大麥與番茄的種子提早發芽；未來應該可以應用它在一些難以發芽的種子上。 參考文獻： Aditya S. Vaidya, Francis C. Peterson, James Eckhardt, Zenan Xing, Sang-Youl Park, Wim Dejonghe, Jun Takeuchi, Oded Pri-Tal, Julianna Faria, Dezi Elzinga, Brian F. Volkman, Yasushi Todoroki, Assaf Mosquna, Masanori Okamoto, Sean R. Cutler. Click-to-lead design o...

Conospermum 。圖片來源： 維基百科 對生物來說，傳宗接代是個大事：而植物常常得藉助其他的力量（生物性的或非生物性的）來完成終身大事，所以又變得更為複雜。 藉助生物的力量完成傳粉的植物也千奇百怪。靠蜜蜂、蝴蝶授粉的可說是最普遍的例子，這些植物多半有花蜜。依靠蒼蠅傳粉的植物則多半開出放出惡臭（可能是糞便的臭味、或屍臭）的花。也有植物 靠蚊子傳粉 ，這類的植物則會想辦法放出蚊子喜歡的氣味（人味或其他動物的氣味）。 最近澳洲伊迪斯科文大學（Edith Cowan University）的研究發現，原生於當地（西澳大利亞州）的山龍眼科植物 Conospermum 竟然靠螞蟻傳粉。 螞蟻一般來說很少是授粉者。牠們多半都只會偷走花粉與盜採花蜜，造成植物的損失。有些螞蟻甚至會趕走授粉者，讓植物無法成功完成終身大事。螞蟻還會分泌抗菌化學物質，造成花粉無法萌發。更不用提有些螞蟻會搬來蚜蟲或介殼蟲等害蟲，傷害植物的健康了。 但是山龍眼科的 Conospermum 卻演化出依靠螞蟻授粉的生態。目前世界上只有46種植物靠螞蟻授粉，過去發現的例子都是螞蟻製造較少的抗微生物（antimicrobial）物質，因此可以成功協助植物完成授粉。可是在 Conospermum 的例子卻剛好相反：植物的花粉粒能夠抵抗螞蟻所產生的抗菌化學物質。其他的植物花粉在被螞蟻接觸後，萌發率下降到約一成；但 Conospermum 的花粉在被螞蟻接觸後，仍保持有八成的萌發率，與受到蜜蜂接觸後相當。 C. undulatum . 圖片來源： Annals of Botany 為什麼 Conospermum 要依靠螞蟻呢？研究團隊認為可能是因為它奇特的花朵形狀，讓大部分的蜜蜂都無法鑽入它的花朵深處來採蜜並完成授粉。雖然在西澳大利亞州有一種蜜蜂（ Leioproctus 屬）可以幫 Conospermum 授粉，但只依靠牠來授粉實在也太冒險了。可能是因為這樣，所以 Conospermum 演化出了讓螞蟻也可以授粉的能力。 參考文獻： William D Stock, Margaret Byrne, Evelina Pavarani, Luna Fogu, Nicola Clemente, Eddie J van Etten, Nicola Delnevo. P...