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世界上最古老的花

過去科學家以為,世界上最古老的花是遼寧古果(Archaefructus liaoningensis,如上圖)的花;最近發現,一百多年前在西班牙的庇里牛斯山(Pyrenees)發現的水生植物Montsechia vidalii的花才是最古老的。

過去這種植物未曾被仔細檢驗過。因此,它曾被歸類為地錢、木賊、針葉樹等植物。這次,為了仔細檢驗這種植物的化石,科學家們花了整整六年的功夫--因為它埋在石灰石裡。為了能夠仔細地檢查它的結構,科學家們非常小心地一滴一滴的滴上鹽酸,將它從石灰石中溶解出來以後,再以舒爾茨試劑(Schulze reagent):先以硝酸與氯酸鉀處理後,再以稀氨水的水浴浸泡去除角質層以利觀察。

科學家檢驗了超過1000條枝條的化石後發現,Montsechia vidalii沒有根、也沒有花瓣。它的枝條有兩種型態,一種有對生葉,另一種則是輪生葉。果實主要出現在輪生葉的枝條上,很少在對生葉的枝條上發現。由於這兩種枝條上的雌花型態相同,因此科學家們認定這兩種枝條都屬於Montsechia vidalii

Montsechia vidalii的角質薄而氣孔少,生存在白堊紀(Cretaceous period)的淡水淺湖裡。Montsechia在型態上與金魚藻屬的植物(coontail,Ceratophyllum)很類似,雌花的頂端有孔,珠柄的位置顯示了種子(胚珠)是倒置的。雄花的花粉應該是以水為媒介帶到雌花頂端的孔後,才能完成傳宗接代的大事。

根據發現地點附近的其他動植物化石,科學家們認定Montsechia vidalii應該是生存在一億三千萬年前,這使得它比遼寧古果的年代(一億兩千五百萬年前)還要更早。

雖然近代只有小於百分之五的水生種子植物依靠水為媒介傳粉,但在一億三千萬年前,那時候昆蟲還不是傳粉的主要媒介生物;因此原始的種子植物以水傳粉也是非常合理的。

在槇原敬之的「世界上唯一的花」裡面的最後一段提到:

無論大花或小花
都不是相同之物
無法成為No.1也好
原本就是最特別的Only one

這世界上最古老的花,或許在當時也是唯一的花吧!儘管沒有花瓣、又小又不起眼,但它的確是最特別的only one,因為現在我們看到的、許許多多的開花植物,大概都是從它開始的喔!

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:

Gomez B. an…

苦味造成野生南瓜屬(Cucurbita)植物滅絕

自從人類學會了務農以後,人類與植物間的互動,便對彼此的命運便產生了深遠的影響。原產於美洲的南瓜屬Cucurbita)植物,包括南瓜(Cucurbita moschata)、北瓜(Cucurbita pepo)與筍瓜(Cucurbita maxima)等爬藤性植物。在遠古時代,南瓜屬的植物曾經很普遍,也是如乳齒象(mastodon)等巨大哺乳動物的重要食物。在乳齒象的糞便化石中,可以找到完整的南瓜屬植物的種子。

但到了全新世(Holocene)以後,南瓜屬的植物的數量開始急速下降。到現代,大部分的南瓜屬植物在野外都看不到了;它們成了菜園裡的農作物。究竟大部分野生的南瓜屬植物都去了哪裡呢?

由美國與歐洲的學者所組成的研究團隊,為了解開這個謎團,他們進行了19種古代、30種現代野生以及42種栽培種南瓜屬植物的葉綠體DNA定序。

定序分析的結果發現,南瓜屬的植物在美洲被馴化了不只一次,但是被馴化的種類都是較不帶苦味的品種。那些苦味比較重,也就是製造較多葫蘆素(cucurbitacin,一種三萜類化合物)的種類,都沒有被馴化。


對人類來說,當然是有甜味的比較好吃;但是難道其他動物也對苦味那麼敏感嗎?但是乳齒象好像又不在意苦味?

研究團隊為了解開這個謎題,分析了38種動物的基因體裡面的苦味接受器TAS2R基因,以了解不同動物對苦味的敏感度。結果發現,越大的動物對苦味越不敏感,越小的動物越敏感。或許是如此,造成到近代,當如乳齒象這類的巨大動物紛紛絕種之後,由於沒有動物採食這些苦味較重的南瓜屬植物的果實,造成種子無法散播,於是便漸漸地越來越少了!

不過,筆者倒是很好奇,為什麼小型的動物對苦味比較敏感呢?植物合成葫蘆素是為了讓自己變得不好吃,而且對於動物有不同程度的毒性,為什麼大型動物對它反而不敏感呢?葫蘆素總共有大約19種,在目前可見到的南瓜屬植物中,可以找到B、D、E、I這四種,筆者查詢了網路,似乎沒有太多有關所有葫蘆素的毒性試驗,只有針對A、B、C、D、E、I這六種的測試結果。所以,這部分只能去假設,這些目前仍存於可食用的南瓜屬植物中的葫蘆素,應該毒性都不算太高,雖然曾有「毒瓜症候群」的出現,但好像也不算頻繁,否則應該沒人敢吃南瓜屬的植物了吧?

參考文獻:

中國植物志。南瓜屬

Logan Kistler, Lee A. Newsom, Timothy M. Ryan, …

只有基改作物會噴農藥?

在2015/11/17的「華人健康網」的「豆漿喝對了嗎?小心基改黃豆地雷」裡面提到,『基改飼料黃豆從栽培過程就和食用黃豆不一樣,從栽培到採收全程大量使用農藥。』這是很明顯的誤導民眾,讓民眾以為只有基改作物會噴農藥。

事實上,只要以慣行農法種植的作物,都會噴農藥,包括除草劑、殺蟲劑等等;只有以有機栽種的方式種植的農作物,才會使用較少的農藥。

有機栽種除了以田間管理來減少蟲害與雜草以外,也還是會視情況使用一些如蘇力菌、礦物油、辣椒水等天然成分製成的殺蟲劑。

有機主要的概念是對土地友善,而基改目前最大的問題是對生態造成影響;至於慣行農法,當然對土地不夠友善也對生態會造成影響。

因為大部分的基改作物若不是含有抗殺草劑(嘉磷塞、glyphosate,商品名為年年春)基因,就是含有蘇力菌的結晶蛋白(一般稱為Bt蛋白);於是種植基改作物的農夫會噴洒年年春這類的「全效性」殺草劑,由於什麼植物遇到年年春都會死,久而久之當然對附近的生態造成影響。而Bt蛋白是否對生態有影響,目前尚未有定論。

如果要將慣行農法種植的黃豆與基改黃豆來比,兩者噴洒的農藥量應該不會有太多差別,只是種類不同而已。慣行農法種植非基改黃豆,殺蟲劑少不了,殺草劑不能噴年年春,但是還是要噴其他的殺草劑。否則草長得到處都是,怎麼會有收成呢?

歐盟:嘉磷塞致癌性不高

歐盟食安委員會(EFSA,European Food Safety Authority)在今天(2015/11/12)釋出了一份報告:

嘉磷塞(年年春)在每公斤體重0.5毫克(0.5 mg/kg of body weight)的急性參考劑量(Acute Reference Dose,ARfD)下,致癌的風險不高(unlikely to be carcinogenic)。

但EFSA也建議未來食物中殘留嘉磷塞的量要加以控制。建議的每日容許量為每公斤體重0.5毫克。

參考資料:

Glyphosate: EFSA updates toxicological profile.

大風子(Hydnocarpus wightiana)

大風子(Hydnocarpus wightiana,Chaulmoogra)是鐘花科(Achariaceae)大風子屬的多年生闊葉樹。種子可榨油,含有多種不同的脂肪酸(大風子酸,chaulmoogric acid,gorlic acie,低級環同系物,肉荳蔻酸,棕櫚酸,硬脂酸,棕櫚油酸,油酸,亞油酸和亞麻酸,參考資料),對於皮膚病具有療效;在印度與中國,大風子油用來治療痲瘋(leprosy)。

在台北八里的樂山教養院,早年創辦人英國籍醫療宣教士戴仁壽(Dr.George Gushue-Taylor)來台前,曾赴印度引進當年治病靈藥「大風子油」,並在院內遍植80棵原產於東南亞的大風子樹。不過大風子油副作用多,且當年未能取得提煉技術。

目前園內僅存2棵大風子樹,屹立已近百年,為國內碩果僅存的「醫療樹」。

參考資料:

2015/11/6。中時電子報。大風子樹 見證百年醫療史。

董英義.陳秀麗。2010/10。戴仁壽醫師傳 Dr.George Gushue-Taylor 自序

香菜的氣味

喜歡香菜嗎?還是討厭?討厭香菜的人總是說香菜有肥皂味,喜歡的人當然不覺得⋯

香菜(Coriandrum sativum)的氣味主要來自於它的醛類(aldehyde )化合物,包括不飽和的癸醛(decanal)、十二碳醛(dodecanal)、(E)-2-十碳烯醛、(E)-2-十二碳烯醛。其中以(E)-2-十碳烯醛與(E)-2-十二碳烯醛,對討厭香菜的人來說,就是肥皂味的來源。

2012年的ㄧ個大型研究,找到了「肥皂味」的基因:位於第十一號染色體的OR6A2嗅覺受體。

科學家們還發現:討厭香菜的人,女多於男;而非洲黑人、中南美洲人、東亞人、南亞人比較不敏感。根據德國《世界報》(DIE WELT)報導,有約2成的歐洲人認為香菜就是一種草本植物,與其他植物、香料無異。但在東南亞的情況就大不相同,不但普遍討厭香菜,有約2成的民眾不願意嘗試吃香菜。但在經常使用香料的中東地區,高達9成鍾愛這類的味道。

如果你是香菜的愛好者,下次有朋友說他討厭香菜,你就知道他的OR6A2嗅覺受體跟你的不一樣了。

參考文獻:

N. Ericsson et al., 2012. A genetic variant near olfactory receptor genes influences cilantro preference. Flavour. 1:22

2015/11。香菜聞起來根本不香? 原來是基因作祟。健康醫療網。

植物也會用神經傳導物質GABA?

動物與植物長得大大不同,不論是生理或解剖上都是天差地遠;也是因此,在第一次發現植物也會使用類固醇--即所謂芸苔素(brassinolide)時,真的是「轟動武林,驚動萬教」!

一時之間,芸苔素以及它的訊息傳導路徑成為顯學,許多研究植物賀爾蒙的研究室都紛紛投入研究。筆者躬逢其盛,雖沒有參與研究,卻也在其中的一間實驗室親眼看到,新進的博後紛紛表達意願要投入芸苔素的研究,真的是好熱鬧呢!

最近,發表在「自然通訊」期刊(Nature Communications)上的一篇論文,解答了超過半世紀以來的疑惑:γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,簡稱GABA),原本以為只是植物的代謝產物,其實也負責植物對外界壓力的反應,而且作用模式跟它在動物裡的作用模式有頗多相似之處呢!

研究團隊發現,植物在感受到壓力(如陰離子上昇、土壤酸性升高等)時會分泌GABA,這會使得「鋁活化蘋果酸運輸蛋白1」(ALMT1,aluminium-activated malate transporter)受到抑制,使蘋果酸(malate)外流的速度大大降低,讓植物在壓力狀況下不會流失過多寶貴的有機化合物。同時,植物的生長速度也會大大減緩。

ALMT1平常負責感應陰離子以及三價鋁離子(Al3+)濃度,造成細胞膜去極化,氫離子(H+)外流,促進植物生長;為什麼氫離子外流就能促進植物生長呢?因為當氫離子流出到細胞壁,會使得細胞壁空間(apoplastic space)的液體變酸,酸性pH可以活化位於細胞壁的擴張蛋白(expansin)。活化的擴張蛋白會使細胞壁纖維素之間的氫鍵鬆開,植物細胞便可以吸水長大。

當植物感受到環境壓力時,GABA分泌,抑制ALMT1,使細胞膜高度極化(hyperpolarization),與動物的GABA對神經元上的GABA受器的作用類似。而且,植物的ALMT1也與動物的GABA受器一樣,可以被蠅蕈素(muscimol,來自毒蠅傘 Amanita muscaria)抑制,產生類似與GABA結合的效果;也可以被荷包牡丹鹼(bicuculline,取自紫菫科植物)刺激而活化呢!

不過,ALMT1究竟與動物的GABA受器有多相似呢?研究團隊分析了ALMT1的蛋白質結構後發現,除了與GABA互動的12個氨基酸以外,這兩種受器之間的相似性很低。當然,考慮到這兩種受器在個別生物體中…

轉譯(translation)也受到生物時鐘的調控

過去對生物時鐘的研究,多半都著眼在轉錄(transcription)作用上,在阿拉伯芥,目前已知有三分之一的基因的轉錄受到生物時鐘的調控;而這些基因則是經由三群時鐘基因(clock genes)經由互相抑制來管理什麼時候要表達什麼基因:早晨基因(morning gene)如CCA1與LHY會抑制如TOC1,LUX,ELF3,ELF4等傍晚基因(evening genes),傍晚基因會抑制PRR5,PRR7,PRR9等白晝基因(day genes),而白晝基因又抑制早晨基因。不過,轉譯(translation)是否也受到生物時鐘的調節呢?

當信息RNA(mRNA)與核糖體(ribosome)結合時,由於核糖體的質量較大,信息RNA便可以被離心下來;而且越多核糖體連接到信息RNA上(也就是所謂的多核糖體polysome結構)就越重,越容易被離心下來。於是,德國與美國學者組成的研究團隊,利用差異化離心(differential centrifugation)技術,找尋是否植物會在一天中不同的時間合成不同的蛋白質。

他們發現,相對於轉錄,植物的基因只有15%在轉譯時有呈現節律性。在這15%裡面,包括了粒線體細胞呼吸的酵素與核糖體的蛋白質,在晚上的時候產生最多;以及光合作用的光系統I(PSI),在晚上與黎明時產生最多;至於光系統II則在黎明時產生較多。不過,光系統的天線--光收穫複合體(LHC,Light Harvesting Complex)則在白天產生較多。

由於時鐘基因都是轉錄因子,究竟是什麼基因調節這些基因的轉譯呢?這有待進一步的研究。有意思的是,在細胞呼吸中,醣解作用(glycolysis)的兩個重要的調節點:PFK-1(phosphofructokinase)與pyruvate kinase,它們的轉譯也受到晝夜節律的影響。

當研究團隊將植物放在連續光照的狀況下時,他們發現雖然植物的蛋白質的產生還是會有節律性,但這個節律卻不是二十四小時,而是比二十四小時要長一點。而且如果把時鐘基因CCA-1高量表現時,植物的蛋白質產生的節律性,就變得只聽命於光照,不再受到內生性節律的調控了。

參考文獻:

Anamika Missra, Ben Ernest, Tim Lohoff, Qidong Jia, James Satterlee, Kenneth Ke and Alb…