舊問題舊假說的新研究：斑馬的黑白條紋有助降溫嗎？

為什麼貓這麼喜歡貓薄荷呢？

原來是貓薄荷裡的荊芥內脂導致貓咪吸了貓心大悅，不住翻滾、流口水、打呼嚕。

但是，貓薄荷不是對所有貓都有用。不到六個月的小貓似乎不會有反應，而且有的貓喜歡，有的貓不喜歡……咦，這還和遺傳有關係嗎？

想要同時驅蚊，又讓貓貓情不自禁饞你身子嗎？那你一定要試試貓薄荷！

荊芥內脂不只會讓貓咪快樂似神仙，也會活化蚊子體內的受體蛋白，接觸到的蚊子會產生搔癢和刺痛感。哈哈小蚊子，你也來嘗嘗癢癢痛痛的痛苦！

給你的貓貓來點刺激的快樂草吧！

延伸閱讀

你是否在清晨看過水珠出現在一些植物的葉片邊緣上？相信不少人都看過，也會以為這是露水（包括我也是！）然而，這些在葉片邊緣整齊排列的水珠其實並非露水。一般露水所形成的水珠排列並不規律，且會鋪滿整個葉面。而這些會整齊地排列在葉片邊緣的水珠，其實是由植物的泌液作用（Guttation）所產生的。過去科學家認為泌液作用就只是植物用來將體內多餘的水排出而已，但新的研究顯示，泌液作用的功能很可能不僅於此¹。

植物如何獲取水分？

要知道泌液作用的成因，我們得先了解植物是怎麼獲取水分的。

植物是由其根部來吸收土壤中的水分，當水進入根後，便能運輸到整株植物中。上述是我們對於植物獲得水分的一般認知，但植物獲得水的整個過程，其實要比我們想的複雜得多。

首先，植物會主動消耗能量，在根部累積高濃度的離子，而這就讓根和土壤之間產生滲透壓，讓水自動流到根內的木質部導管中。由於植物的構造，水在進入導管後便無法再流出根部，因此隨著水不斷地進入根內的導管，就會產生一股將水向上推的壓力，而這就是「根壓」。對於草本植物和矮小的灌木來說，根壓就足以將水向上運送到葉片。但對於高大的木本植物，根壓並不足以將水送到高處的葉片，這就時要靠「蒸散作用」和「毛細作用」來輸送水分。

植物可透過葉片上的氣孔來交換氣體，氣孔同時也讓植物的水分蒸散出去。而這個蒸散作用會形成一股負壓，對導管中的水產生一股吸引力。只要導管內的水柱是連續的，此負壓可以從葉片傳遞到根部，將導管內的水一路由根部向上拉至葉片中。另外由於導管的管徑很細，毛細作用也是使水柱上升的重要因素。毛細作用的來源有兩個，一是水分子與管壁間的附著力；二是水分子本身的表面張力（源於水分子的內聚力）。當水分子被管壁上的極性分子向上吸引而向上流時，水分子本身強大的內聚力會使導管中的水也被往上拉。

對於高大的木本植物來說，蒸散作用是左右植物吸水水分的重要因素。雖然草本植物靠根壓即可輸送水分，但草本植物也會透過蒸散作用調控水分的輸送。另外蒸散作用也是植物用來調控體溫和排除體內多餘水分的方法。

「泌液作用」的成因

講了有關植物獲得水分的方法，那麼泌液作用在植物身上到底扮演什麼樣的功能呢？答案是排除多餘的水分。

前面提到，植物會透過蒸散作用來排除體內多餘的水分，不過植物在夜晚會關閉大部分的氣孔，因此蒸散作用的效率會大幅降低。植物的根部在夜晚仍會不斷地吸收水分，不過正常情況下，夜晚剩餘氣孔所產生的蒸散作用，是足夠將多餘的水排出的。但如果植物是處在土壤水分高，且低溫高濕度的環境下（這種環境下，水分難轉換成水蒸氣），單靠剩餘氣孔所產生的蒸散作用無法將多餘的水排出。於是在這種情況下，植物便會透過泌液作用將多餘的水直接從葉片的泌水孔（hydathode）排出，而這些水就形成我們清晨在葉片邊緣所看到的水珠。

科學家大多認為，泌液作用只是植物將體內多餘的水排出的方法，沒什麼特別。雖然過去也觀察到許多昆蟲會吸食因泌液作用而形成的小水珠，但許多科學家都認為這些昆蟲只是單純在補充水分。但後續的研究發現，葉片的泌水孔和維管束組織是連在一起的。因此有些研究人員就猜測，透過泌液作用排出的水珠，其中可能含有維管束運輸的其它物質，如礦物質、糖和蛋白質等。因此來自西班牙和美國的聯合團隊，就推測泌液作用所產生的水珠，很可能也是昆蟲的食物來源¹。

藍莓泌液，是許多昆蟲們的心頭愛

研究團隊選定的觀察植物是北方高叢藍莓（Vaccinium corymbosum），原因是該藍莓的泌液作用在整個生長期間非常旺盛，不分晝夜都會形成水珠。另外昆蟲們也非常喜歡藍莓的泌液，許多種類的昆蟲都會來飲用，而這就非常方便研究團隊進行觀察。

研究團隊首先分析泌液內的營養成分，他們發現每毫升的泌液中含有約 1.5 克的糖與 4.3 毫克的蛋白質，而藍莓花蜜中的糖含量是每毫升 0.4 克，這顯示泌液的營養價值比花蜜還高（看到這兒，我都想來口藍莓泌液了 ~）

接著研究團隊選定三種常飲用藍莓泌液的昆蟲為觀察與實驗對象：翅果蠅（Drosophila suzukii）、阿爾蚜繭蜂（Aphidius ervi Haliday）與草蛉（Chrysoperla rufilabris）。他們分別給予這三種昆蟲以下的營養液：一般水、糖水、蛋白質水、糖+蛋白質水和藍莓泌液，然後觀察牠們的壽命。結果顯示，飲用藍莓泌液的組別，其壽命和飲用糖水是一樣的。

研究團隊接著讓飲用不同營養液的昆蟲進行交配使其受精產卵，並藉此觀察牠們的產卵量是否會受到影響。結果顯示，喝藍莓泌液的昆蟲其產卵量並沒有受到影響。

綜合以上結果，可以說藍莓泌液堪稱天然營養液，不僅能讓飲用的昆蟲活得好，也能順利產下後代。因此昆蟲要以藍莓泌液做為食物來源，完全沒問題！

養兵自重，藍莓的防敵策略

藍莓泌液做為高營養食品，會吸引很多昆蟲來吃。這就出現一個問題，這種泌液在吸引大量的草食昆蟲來飲用的同時，牠們會不會順便也把藍莓的葉子給吃乾抹淨呢？按照自然界的法則，藍莓如果真那麼傻，早就無法生存了，它們一定有一套反制措施。

研究團隊統計了藍莓泌液吸引到的昆蟲種類。他們發現與去除泌液的藍莓相比，有泌液的藍莓明顯吸引了更多的寄生蜂類和捕食性昆蟲（如草蛉），同時有泌液的藍莓吸引到的草食性昆蟲數量減少了很多。也就說，藍莓通過泌液豢養了一群天敵的天敵，從而達到威攝與保護自己的效果。

另一個有趣的發現是，有泌液的植株上，蚊子的數量明顯下降了。可能是因為有其他捕食性昆蟲的威懾，蚊子們不得不放棄了這種高營養食品，而這或許可以成為一種新型的天然防蚊手段。

過去泌液作用被認為只是植物用來排水的手段，但這個研究告訴我們，泌液作用的功能可遠不只如此。植物也可透過泌液來吸引不同種類的昆蟲，協助保持自己的健康。當然不同植物所產生的泌液成分都不同，未必都有藍莓這種吸引捕食性昆蟲的特性。但這個研究卻開啟了泌液作用的研究新方向，讓其他研究者能去開拓更多可能。

泌液作用在農作物中相當普遍，因此未來或許可以透過人工調控的方式，讓農作物生產的泌液達到更有效的驅蟲功能。另外藍莓泌液本身就有營養成分，或許我們也可以將泌液調整成含有更高營養的成分，這樣在採藍莓的同時也能順便收集這些高營養液。到時候，在享用藍莓的同時，也能順便來一杯藍莓營養液 ~

參考資料

1. Urbaneja-Bernat P, Tena A, González-Cabrera J, Rodriguez-Saona C. Plant guttation provides nutrient-rich food for insects. Proc Biol Sci. 2020 Sep 30;287(1935):20201080.

講到貓薄荷 (Nepeta cataria)，想必愛貓人士都非常熟悉。一旦貓咪聞到或吃到，就會像毒癮發了一般，興奮地嗷叫、流口水，並到處打滾，因此貓薄荷被廣泛使用在貓咪的玩具和零食內。

不過貓薄荷除了讓貓咪嗨翻外，它其實還有強大的驅蚊能力。對於貓薄荷為何有驅蚊效果，一直是個謎。而近期美國和瑞典的團隊發表在Current Biology 的研究，或許破解了其中的機制¹。

貓薄荷的有效成分：荊芥內酯

貓薄荷以貓咪的大麻（還好不過貓咪不會對其成癮）著稱，但它強效的驅蟲能力，也很早為人類所知。早在古羅馬時代，貓薄荷就是人們常用的天然驅蟲劑。直到 20 世紀中，科學家們才從貓薄荷中分離出其活性成分——荊芥內酯 (Nepetalactone)。而正是荊芥內酯，讓貓咪趨之若鶩；同時讓蚊蟲聞風喪膽。

傳統的滅蚊方式是使用殺蟲劑，但殺蟲劑會無差別地殺傷其他昆蟲，造成生態問題。同時殺蟲劑也對人體有傷害，甚至會殘留在食物鏈中。因此替代方案，是使用敵避 (diethyltoluamide, DEET) 等可以干擾蚊子嗅覺與味覺受器的化學物質，來達到驅蚊效果（不過近來有研究指出，DEET 本身並不影響蚊子偵測二氧化碳的能力，而是 DEET 本身的氣味就讓蚊子不想靠近²）。

DEET 有不錯的驅蚊效果，正常使用對人體基本無害。但也有研究指出，DEET 對人有部分健康上的風險 (不過這方面還需要更多研究)。貓薄荷的驅蚊能力並不輸 DEET，因此被不少科學家視為 DEET 的天然替代選項。但為什麼貓薄荷，或者說荊芥內酯有著廣泛的驅蟲特性，一直以來都是未知數。

來自美國西北大學和瑞典隆德大學的聯合團隊發現，貓薄荷及其活性成分荊芥內酯，能活化蚊蟲的 TRPA1 受體，而這很可能就是其驅蟲的能力來源。

傷害受器：灼熱、疼痛、清涼感

你可能會問這個 TRPA1 受體是甚麼，跟驅蟲有何關係？讓我們先從人體的傷害受器 (Nociceptor) 說起。

傷害受器是中樞神經系統中的感覺神經元之一，當人體遇到高溫、強酸或辣椒等的潛在刺激時，傷害受器會被活化，並將訊號傳至中樞神經（延髓和大腦），讓人產生不適甚至是疼痛感，使我們避開這些可能造成傷害的危險。

依據接受的刺激不同，傷害受器可分為溫度感受 (Thermal)、機械感受 (Mechanical) 和化學感受 (Chemical)。

而人體專司溫度感受的傷害受器，主要是靠瞬態感受器電位通道 (Transient Receptor Potential Channel, TRP)，這個在感覺神經元細胞膜上的蛋白質來接收刺激。

針對不同的溫度刺激，會有不同的 TRP 蛋白來對應。例如目前了解最多的是 TRPV1，它對高溫作出反應。TRPV1 在 42℃ 以下通常不會活化，但一旦皮膚超過該溫度，傷害受器中的 TRPV1 就會活化，並把信號傳輸到中樞神經，讓你產生灼熱和疼痛感，趕緊離開高溫環境。

TRPM8 則對低溫刺激 (10-30℃) 有反應。不過和 TRPV1 不同的是，TRPM8 的活化，是讓人感到清涼，而不是疼痛。

人體中的 TRPA1 是目前了解最少的，只知道極低溫（但確切溫度仍有待更多研究確認）會活化 TRPA1 產生疼痛感，讓你想趕緊離開低溫環境。

除了溫度會活化 TRP 蛋白，一些化學物質也會活化TRP蛋白。例如辣椒中的「辣椒素」就會活化 TRPV1（所以辣椒會讓你感到熱！）；薄荷中的「薄荷醇」會活化TRPM8（所以薄荷會給你清涼感~）。

而我們今天的主角 TRPA1 還有另一個名稱：「芥末受器」。顧名思義，它會被芥菜類植物中的化合物活化，讓人產生疼痛感。

TRP 蛋白是古老的傷害偵測器，在許多物種中都有表現。從扁蟲、果蠅到人類，都會表現這種蛋白質，是讓生物避開危險的重要蛋白質。

讓蚊子有疼痛和搔癢感

回到這篇研究，該團隊發現，貓薄荷中的荊芥內酯能活化蚊子的 TRPA1，而不會活化人類的。因此，荊芥內酯很可能讓蚊子有疼痛和搔癢感（好個以牙還牙！），但人卻不會有任何感受。

因此在人體塗上荊芥內酯，會讓蚊子避之惟恐不及。但當研究人員破壞蚊子的 TRPA1 蛋白後，即使人體塗有荊芥內酯，蚊子仍會去叮咬。這顯示，荊芥內酯的驅蚊能力，確實是靠活化蚊子的 TRPA1 蛋白達成。

「特別有趣的是，與也能活化人體 TRPA1 的芥末或大蒜化合物不同。貓薄荷似乎可以選擇性地啟動昆蟲的 TRPA1。這就解釋了為什麼它對人類不會產生影響，這也為它作為驅蚊劑提供了一個重要的優勢。」該研究的共同作者、西北大學神經生物學助理教授 Marco Gallio 如此說道。

不過，貓薄荷（荊芥內酯）是如何讓貓咪瘋狂，又是另一件耐人尋味的事了。目前已有研究指出，荊芥內酯會刺激貓咪產生大量的腦內啡，讓貓咪快樂似神仙。不過，貓咪是否會為了驅蚊而有意識地去擦貓薄荷？而這個行為又為何會觸發貓咪的腦內啡大量產生？都有待更多研究證實。

• 延伸閱讀：為什麼木天蓼會讓貓貓又爽又迷醉？竟然可能跟蚊子有關？

根據世界衛生組織統計，每年因蚊子傳播的疾病而死的人數達 72 萬人，蚊子是殺人最多的生物。而隨著氣候變遷，越來越多地區更適合蚊子生存，也讓更多地區受到這些疾病的威脅。因此，開發新型驅蚊劑，已成為公共衛生中越來越急迫的問題。

從植物中提取驅蚊物質的成本，有機會比傳統的化學製劑更低，而且對某些地方更容易獲得。因此，將貓薄荷這類天然植物，作為新型驅蚊劑的想法，對蚊子威脅日益增加的國家，有著不錯的吸引力。

該研究團隊表示，接下來他們會針對其他昆蟲進行試驗。想找出除了蚊子、果蠅外，荊芥內酯還能活化那些昆蟲的 TRPA1，讓荊芥內酯成為更廣泛的天然驅蟲劑。

「這是研究這種分子（荊芥內酯）如何作用於受體的一個切入點，一旦我們更瞭解它的化學性質其與 TRPA1 的相互作用，我們就可以設計出效果更強且有標靶性的分子。」該研究的作者，隆德大學生物系的助理教授 Marcus C. Stensmyr 如此說道。

「不過在我們將貓薄荷做為新型驅蚊劑之前，要先解決一個問題：那就是使用貓薄荷後，要如何對付一直追著人跑的貓咪們！」研究團隊打趣地說~

參考資料

1. Melo, N., Capek, M., Arenas, O. M., Afify, A., Yilmaz, A., Potter, C. J., … & Stensmyr, M. C. (2021). The irritant receptor TRPA1 mediates the mosquito repellent effect of catnip Current Biology.
2. Syed, Z., & Leal, W. S. (2008). Mosquitoes smell and avoid the insect repellent DEETProceedings of the National Academy of Sciences, 105(36), 13598-13603.
3. Wikipedia: Transient receptor potential channel
4. BBC: Why do we feel hot and cold as pain?