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不僅讓貓咪瘋狂,也讓蚊蟲感到疼痛的貓薄荷

羅夏_96
・2021/04/05 ・2935字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

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

貓咪聞到或吃到貓薄荷,就會像毒癮發了一般,興奮地嗷叫、流口水,並到處打滾。圖/Wikipedia

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。

貓薄荷以貓咪的大麻著稱,但它強效的驅蟲能力,也很早為人類所知。圖/Wikipedia

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。

感覺神經元,其中傷害受器為 type A。圖/Wikipedia

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。

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。

蚊子是人類的頭號殺手!圖/The deadliest animal in the world

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~

貓薄荷雖能驅蚊,但也會招來貓咪!圖/Could catnip become the new DEET?

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?

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羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。