難怪要害羞？會氣噗噗放屁的含羞草

2017/11/05 |

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就是很想去碰碰含羞草。source：giphy

可別說你沒有在路邊看過它，是不是也曾心癢難耐的用手撥弄兩下，看著他緩緩收攏的模樣呢？你我都有經驗，含羞草（Mimosa pudica）的枝葉對機械碰觸非常敏感，甚至連當初林奈為他命名時，pudica 就是拉丁文中的害羞、瑟縮的意思。

但含羞草有趣的地方還多著呢，比如說他會氣噗噗地放屁。

含羞草（Mimosa pudica）。圖／by H. Zell. Mimosa pudica. wikipedia@wikipedia

許多植物在遭到取食者啃咬時會放出化合物來禦敵，不論是將自己變得難吃［註一］、具備毒性或刺激性、甚至是招來取食者的天敵，都是紀錄有數的例子。然而，這些案例大多數屬於被動防禦，也就是當植株組織受到破壞時才會啟動相關反應，原因很合理，畢竟沒事就拿把大刀揮舞嚷嚷是件挺累人、挺浪費能量的事。

過往科學家即發現，含羞草的根部會製造二硫化碳（carbon disulfide, CS2）來抑制某些真菌滋長，主動控制根際（rhizosphere）環境［1］［註二］。而在2015年，紐約阿伯尼大學（University at Albany）的拉比．穆沙（Rabi Musah）博士留意到這個主動釋放化學物質的現象，並進一步觀察到其在防禦用途的情況。

含羞草根部會主動製造二硫化碳來抑制某些真菌滋長，以利控制根際環境。。圖／by Terraprima@wikimedia

拉比的團隊經由質譜儀檢測發現，盡管含羞草平時便會主動釋放許多種有機硫化物，然而在受到機械型碰觸時，某些化合物的濃度會陡然升高，這些情況包含了人指直接碰觸、在土中拖動含羞草讓根部受到拉扯等等，其濃度甚至從原本無法被人體感知，提升到能以嗅覺察覺的程度。

更進一步的檢視發現，含羞草的機械敏感度（mechanosensitivity）竟然還具備選擇性。他們能辨別根部是遭受到了什麼類型的碰觸，因為當實驗者以玻璃、不鏽鋼等材質擾動根部時，相關的化合物濃度卻沒有顯著變化。不過目前尚未釐清含羞草這項辨識能力的相關機制。

那麼這些化合物是從何而來呢？有沒有可能是像洋蔥一樣，在組織破損受由細胞釋出？或者其實不是經由根部釋放，而是以根部感覺後經由葉子等其他組織釋放呢？抑或是與其共生的微生物製造所得？為了釐清這一點，團隊利用密閉環境、無菌培養以及洋菜膠分隔植株的根部與地上部（aerial parts），將環境、其他部位、微生物等因素排除，確認了這些有機硫化物的確是由根部主動釋放而出。

談到這裡就不禁令人好奇含羞草根部的結構了，團隊當然也透過顯微鏡檢視，發現在含羞草根部有許多微小的囊狀根瘤（sac-like root protuberances），且在釋放氣味前後有塌縮的情況，推論這些囊狀根瘤便是含羞草儲存、釋放硫化物的構造；生理分析也顯示，尚未碰觸前的囊狀根瘤含有較周圍組織高濃度的鉀、氯離子──恰恰是非常常見的生理調節成分，也不出所料，在碰觸反應後囊狀根瘤組織的鉀、氯離子濃度都顯著下降。

研究發現含羞草的根部含有許多囊狀根瘤（A），這些根瘤會在釋放氣味後塌縮（D）。圖／by Musah et al.,（ 2016）

而拉比副教授本人是這麼陳述這個氣味的：「老天，他聞起來就像是有人放屁！」（OH MY goodness! It smells like someone has broken wind.）

截至目前，團隊確認起碼還有另外六種含羞草（Mimosa sp.）也有相同情形。而目前團隊正磨刀霍霍地檢視含羞草的近親──金合歡屬（Acacia)，並猜測植物或許比我們所設想的還要廣泛採用類似機制作為防禦系統。不過用途可能也不若我們所猜測是用來防禦取食者，愛丁堡大學（University of Edinburgh）的安東尼．特維瓦斯（Anthony Trewavas）教授就想，這搞不好是為了與其他植物一爭地盤，而聞起來臭臭的只是湊巧呢。

拉比副教授的團隊目前正在檢視含羞草的近親──金合歡屬，猜測植物類似的防衛機制比我們設想的還要泛用。圖／by Mike@wikimedia

下次在路邊看到含羞草，不妨偷偷挽一小段聞聞看吧。

圖／by Hrushikesh@wikimedia

備註：
［註一］拙作介紹過番茄利用茉莉酸甲酯使得毛毛蟲自相殘殺的研究。
［註二］根際（rhizosphere），指圍繞根部表層受到該植物分泌物與相關微生物直接影響的土壤區域。

參考資料：

Feng, Z., Hartel, P. G., Roncadori, R. W., & Sung, S. J. (1998). Inhibition of fungal colonization on the rhizoplane of the CS2-producing plant, Mimosa pudica L. In Root Demographics and Their Efficiencies in Sustainable Agriculture, Grasslands and Forest Ecosystems (pp. 115-126). Springer Netherlands.
Musah, R. A., Lesiak, A. D., Maron, M. J., Cody, R. B., Edwards, D., Fowble, K. L., … & Long, M. C. (2015). Mechanosensitivity Below Ground: Touch-Sensitive Smell-Producing Roots in the" Shy Plant," Mimosa pudica L. Plant physiology, pp-01705.