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葉子怎麼會長果實?貓咪最愛的蟲癭果出現也是因為它?昆蟲寄生下的傑作——「蟲癭」

Bei
・2022/10/28 ・2055字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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有養貓咪的人應該對木天蓼樹的果實「蟲癭果」不陌生,但既然蟲癭果是木天蓼樹的果實,那為什麼不叫木天蓼果呢?

或許我們可以先來聊聊什麼是「蟲癭ㄧㄥˇ(Insect Gall)」。

你是否曾經在植物的根、莖、葉、芽、果實上,發現不同顏色的突起物?有些是長條形的、壺型、圓形甚至是不規則型狀。其實裡面住了昆蟲的幼蟲。不論草本植物、木本植物水生、陸生,甚至是蕨類,幾乎都可以在它們身上發現蟲癭。臺灣出現蟲癭的寄主植物已記錄多種,其中樟科植物佔最大比例。

樹上的珊瑚狀蟲癭。圖/維基百科

蟲癭是怎麼形成的?造癭昆蟲與植物的互動

在自然界中,某些植物在受到昆蟲、線蟲、細菌及真菌等生物的刺激後,會使得植物細胞不正常的增生,進而新長出突起的組織,這就是所謂的「植物癭」(plant galls),其中由昆蟲所誘發產生的被稱為「蟲癭」;可以產生蟲癭的昆蟲,稱做「造癭昆蟲(Gall-inducing insect)」。

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常見的造癭昆蟲主要有以下 6 個目:膜翅目(如癭蜂、葉蜂等);雙翅目(如癭蚋、果實蠅等);同翅目腹吻亞目(如蚜蟲、介殼蟲及木蝨等);半翅目(如網蝽);纓翅目(如薊馬);鱗翅目(如捲葉蛾、透翅蛾等);鞘翅目(如天牛、象鼻蟲等)。

蟲癭通常是由幼蟲或成蟲啃食植物時分泌的化學物質,或是母蟲產卵時的機械性刺激(如昆蟲啃咬或是產卵器插入植物體等刺激)所引起。幼蟲會一直待在蟲癭裡成長,一直到完全發育完成後才會離開,且造癭昆蟲對造癭的位置具有高度專一性,通常只在某一種特定組織、單一種植物上造癭,最多也只在相近的植物種上造癭,而且超過 65% 的蟲癭是發生在葉片上。

葉片上的癭蜂蟲癭。圖/維基百科

昆蟲參與了植物賀爾蒙的調控

植物的荷爾蒙精準的調控了生長及分化,一旦荷爾蒙失調,植物便會長出畸形的組織結構;蟲癭的形成,便是利用了此項特性:造癭昆蟲和宿主植物間的交互影響,調控了植物荷爾蒙,進而生成蟲癭,另外造癭昆蟲也會分泌類似植物荷爾蒙的化學物質,參與蟲癭的建構。

蟲癭雖然造癭昆蟲促使植物產生的增生組織,但這樣的組織增生卻不像人類的腫瘤細胞會隨意胡亂生長,反而是有規則的增生形成特定形狀的蟲癭。這種植物與造癭昆蟲間的互動,也是學術界中相當熱門的研究題材。

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造癭昆蟲促使植物產生特定形狀的蟲癭。圖/維基百科

蟲癭是互利共生、片利共生還是寄生?

生態學上的共生主要分成三大類:互利共生、片利共生以及寄生。

互利共生」指的是共生的生物體成員彼此都得到好處,例如小丑魚與海葵之間互相保護的關係;「片利共生」係指對其中一方生物體有益,卻對另一方沒有影響,例如印魚會利用頭部的吸盤狀構造,吸附在其他魚類身上,但不會造成傷害,只是利用此方式便於在水中移動;「寄生」則是一種生物寄附於另一種生物身體內部或表面,利用被寄附的生物的養分生存。

那蟲癭、造癭昆蟲與宿主植物三者之間,在自然界中又是什麼樣的共生呢?

前面提到造癭昆蟲的種類很多,除了榕小蜂會在榕果內造癭及授粉,屬於「互利共生」外,其他大多是對昆蟲較為有利,但對於宿主植物的利弊影響,目前還是有待商榷的,因此迄今的研究仍無法將其分類。

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蟲癭、宿主植物及造癭昆蟲間的交互作用的極為複雜,三者間互動關係不僅在演化生物學與生態學上的重要課題,且其研究領域常跨多種不同學門,是一項特殊且複雜的研究主題。

生活中常見的蟲癭,貓咪的最愛蟲癭果

看完後,大家應該有猜到,蟲癭果為什麼不是叫做木天蓼果呢?

因為當木天蓼樹在開花結果的時候,會吸引木天蓼小蜂潛入花苞中的子房產卵而產生蟲癭,使果實成分變異、外表凹凸不平,與正常發育的果實長得不同,也因此被稱為「蟲癭果」,顯示出它的特殊性。

而讓貓咪如此喜愛木天蓼與蟲癭果的原因,是因為其中含有大量的生物鹼成分,可以達到使貓咪放鬆、舒壓以及興奮的效果,而且比起木天蓼樹枝及正常的果實,貓咪反而更愛蟲癭果喔!

蟲癭果含有大量生物鹼成分,可使貓咪放鬆、舒壓、興奮。圖/GIPHY

參考資料

  1. 科學online——蟲癭
  2. 科技大觀園_世間的精靈–昆蟲:蟲癭–昆蟲與植物共舞
  3. 科學人_蟲癭──昆蟲操控植物蓋的秘密基地
  4. 木天蓼、蟲癭果是什麼? 功效、差異&使用方法全攻略!
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Bei
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為什麼木天蓼會讓貓貓又爽又迷醉?竟然可能跟蚊子有關?
羅夏_96
・2021/02/22 ・2727字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

養過貓的人都知道,當貓咪聞到貓薄荷 (Nepeta cataria) 和木天蓼 (Actinidia polygama) 都會產生類似人類吸毒的反應,我們也將這些植物稱為貓草,或是「貓大麻」,幸好貓咪對這些植物倒不會真的成癮,只是每次吸到後的反應都不禁讓人莞爾一笑。

不過,究竟為何貓咪會對這類植物情有獨鍾呢?日本的研究團隊發現,這些植物可能含有特定的成分,不僅會讓家貓嗨翻,連老虎都無法抵抗它的魅力!此外研究團隊也發現,這些植物具有驅蚊能力1

不只貓咪會ㄎㄧㄤ掉,連獅子都逃不了!

許多動物碰到特定植物產生的芳香類化合物,都會有特定的行為,這其中最為人所知的就是家貓 (Felis silvestris catus) 遇到貓薄荷和木天蓼了。

當牠們聞到這些植物後,典型的反應如下:

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用頭、臉去磨蹭該植物,或直接啃咬、舔拭該植物,接著用整個身體翻滾並接觸該植物,同時也會伴隨著恍神、流口水、發出嗥叫或喵聲等反應。

木天蓼或貓薄荷可以讓大部分貓咪嗨翻。圖/Pixabay

有趣的是,除了家貓,其他「大貓們」聞到貓薄荷和木天蓼也有相似的反應,如老虎、獅子、獵豹等。

一時吸草一時爽,一直吸草卻不能一直爽

這些行為大約會持續 5 到 15 分鐘,接著約有兩個小時左右,家貓就不會對這類植物有反應了,但過了這段時間後,如果又讓家貓聞到這些植物,又會再一次嗨起來!

雖然貓咪們的這些反應看起來很像人類吸毒後的反應,好在這些植物並不會對貓咪產生生理上的傷害、也不會使其成癮,因此貓薄荷和木天蓼目前廣泛被愛貓人士使用在寵物玩具中。

並不是所有貓貓都會因為貓薄荷而迷醉,遺傳、年齡、植物成分都會有影響。圖/Pixabay

不過並非所有貓都對這類植物有反應,約有三分之一的貓聞到貓薄荷不會產生上述的興奮行為,目前科學家認為,這可能與遺傳有關。

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對於貓薄荷不敏感的貓咪,若給牠們木天蓼、纈草 (Valeriana officinalis) 或新疆忍冬 (Lonicera tatarica) ,也有可能讓牠們產生興奮反應,這可能是因這些植物所含的芳香類化合物各不相同導致。另外幼貓和老貓對這類植物通常也較無反應。

讓喵星人嗨翻的特殊物質——荊芥內醇

貓對木天蓼的喜愛,在日本甚至有名到在江戶時代的浮世繪中,都有畫出貓咪聞到木天蓼後的反應,日本也有這樣的諺語:「給貓木天蓼」,來比喻很喜歡或很有效果。

不過貓咪為何如此酷愛貓薄荷、木天蓼這類植物?這樣的反應究竟對牠們有甚麼幫助呢?日本的研究團隊對此展開了研究。

他們首先磨碎木天蓼的葉子,並將其中的成分一一分離出來,並點在紙上讓貓一樣一樣的去聞,最終成功發現一個會讓貓有反應的物質——荊芥內半縮醛(nepetalactol)。

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圖 A:粉紅箭頭所指的為沾有荊芥內醇的紙張,而白箭頭為控制組,實驗顯示荊芥內醇會促發貓用臉磨蹭和身體滾動的行爲;圖 B:15 隻貓對沾有荊芥內醇及控制組紙的行爲模式總結。
圖/Reiko Uenoyama, Iwate University
以木天蓼的葉子各種成分對家貓進行測試之實驗影片。來源:Reiko Uenoyama, Iwate University

荊芥內醇和過去在貓薄荷中發現的荊芥內酯(nepetalactone)結構很類似,而荊芥內酯已證實正是讓貓咪產生興奮反應的物質2

接著,他們將帶有荊芥內醇的紙和泡過生理食鹽水的紙給家貓聞,大部分的家貓都對有荊芥內醇的紙有興趣,生理食鹽水的則乏貓問津。

除了家貓,他們也獲得大阪市天王寺動物園與神戶市王子動物園的協助,讓美洲豹、花豹、山貓也進行測試。結果和家貓一致,這些大貓們也只對有荊芥內醇的紙有興趣。

左圖的遠東豹及右圖的美洲豹也對荊芥內酯試紙表現出和家貓相同的行爲。圖/Reiko Uenoyama, Iwate University
不同動物包括三種大型貓科動物、犬及鼠對荊芥內酯試紙反應之實驗影片。
來源:Reiko Uenoyama, Iwate University

研究團隊也測量貓咪們在聞到荊芥內醇五分鐘後其腦內啡(β-內啡肽,beta-endorphin)的量,他們發現在聞過荊芥內醇後,β-內啡肽的量比起只聞過生理食鹽水的組別,有顯著上升。

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這也許可以解釋為何貓咪為何對木天如此難以自拔,因為貓咪聞到木天蓼內含的荊芥內醇後會產生大量腦內啡,讓牠們快樂似神仙!

蹭一蹭不止更快樂,還能趕走討厭的蚊蟲

現在知道木天蓼會讓貓咪產生快樂反應,但究竟為什麼牠們會如此喜歡木天蓼呢?可惜我們不懂貓語,無法直接詢問貓咪們。

不過研究團隊決定把目光放在荊芥內醇的功能上,先前的研究發現,貓薄荷中的荊芥內酯具有「驅蚊能力」3,因此他們推測荊芥內醇應該也有類似的功能。

研究團隊將荊芥內醇塗在已鎮定的貓咪頭上,並放出蚊子 30 隻蚊子,發現塗有荊芥內醇的貓咪頭上,蚊子停留的數量約是沒有塗荊芥內醇的一半,顯示荊芥內醇確實有一定的驅蚊能力。

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知道荊芥內醇的可能功效後,研究團隊嘗試將帶有荊芥內醇的紙貼在牆壁或天花板上,結果顯示貓咪雖然不會在紙上打滾,但仍會不畏艱辛的不停用頭去磨蹭紙張

不管把荊芥內酯試紙放在籠壁或上方,貓仍會用頭去蹭紙張。
來源:Reiko Uenoyama, Iwate University
即使將荊芥內酯試紙放到更高的位置,貓咪還是不畏艱難地去磨蹭紙張。
來源:Reiko Uenoyama, Iwate University

為什麼要一直蹭紙張呢?研究團隊認為貓咪的舉動是為了要讓身體沾上荊芥內醇。

研究團隊猜測,貓科動物的祖先可能曾不小心擦上貓薄荷或木天蓼這類植物在身上,而這個不經意卻意外地防止蚊子,更可以避免蚊子帶來的寄生蟲和傳染病,從而讓牠們演化這項喜歡這類植物的重要行為。

不過,貓咪是否會為了驅蚊而有意識地去擦貓薄荷/木天蓼?而這個行為又為何會觸發貓咪的腦內啡大量產生?這些都有待更多研究證實。

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資料來源:

  1. The characteristic response of domestic cats to plant iridoids allows them to gain chemical defense against mosquitoes
  2. The evolutionary origins of the cat attractant nepetalactone in catnip
  3. American Chemical Society. “Catnip Repels Mosquitoes More Effectively Than DEET.” ScienceDaily. ScienceDaily, 28 August 2001.
羅夏_96
52 篇文章 ・ 821 位粉絲
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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貓薄荷讓貓皇帝龍心大悅的祕密
陸子鈞
・2014/02/13 ・1532字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 494 ・六年級

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貓皇帝可不單是貓奴這麼稱呼,牠們或許也真的覺得自己就像不可一世的皇帝,蹲據在衣櫃上、樓梯間、電視上,向下俯瞰紛擾的人世,散發一種渾然天成的孤傲氣質。但無論再怎麼端莊的貓,聞到貓薄荷之後,也會不顧形象地翻滾、磨蹭,就像嗑了藥一樣。究竟是為什麼貓薄荷會讓貓這麼High?

貓薄荷(Nepeta cataria),其實是一種荊芥屬的植物,和薄荷(Mentha)不同。早在200多年前,博物學家約翰雷(John Ray)就已經注意到貓薄荷會讓貓「幸福到想翻滾」,不過一直到了1960年代,才開始有科學研究這個現象。當時還是哈佛大學博士生的陶德(Todd, N. B.),是第一位用科學方法研究「貓薄荷狂熱」的科學家。

他發現,貓薄荷含有一種叫荊芥內酯(Nepetalactone)的化合物,是讓貓咪為之瘋狂的關鍵。荊芥內酯和公貓尿液中的某些代謝物相似,於是母貓聞了以後會有類似發情的反應 [1]。但是3年後,帕雷(G F Palen)和戈達德(G V Goddard)發表的研究則認為,荊芥內酯可以讓貓咪表皮更敏感,打滾可以讓牠們感覺舒服一些 [2]。無論是什麼原因,荊芥內酯確實是讓貓咪High的關鍵。

雖然陶德發現荊芥內酯和公貓尿液中的某些成分相似,但荊芥內酯卻不是像費洛蒙一樣作用。費洛蒙的感官是「犛鼻器」(vomeronasal organ, VNO),是在嗅覺以外的另一個化學受器。1985年一篇研究中,研究團隊移除了貓咪的犛鼻器,發現貓咪對貓薄荷仍然非常狂熱,但是移除嗅球後,貓咪就對貓薄荷明顯冷靜許多。因此,研究團隊認為,貓咪是藉由嗅覺接收到荊芥內酯,才引起古怪行為的 [3]。

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貓咪要過了6個月大之後才會對貓薄荷有反應,但並不是所有貓咪都會對貓薄荷有反應,大約一成多的貓咪對貓薄荷無感。陶德觀察了84隻貓咪之後,在他1962年發表的研究中認為,貓咪對貓薄荷有反應,是一種顯性的體染色體遺傳,而且和毛色遺傳無關 [4]。就像中學生物課教的Aa×Aa普氏方格表(Punnett square)一樣,假如貓爸媽都是對貓薄荷有感的異型合子Aa,那麼就有四分之三的機會生下對貓薄荷有感的貓小孩。

此外,陶德也發現不只是家貓,其他野外的大貓,像是豹、山貓、非洲獅也會對貓薄荷有反應,實在很難相信印象中威猛的萬獸之王,會像小貓一樣翻滾、磨蹭。Hayashi曾經測試貓薄荷對數種動物的反應,包括狗、兔子、老鼠、豬…等等,結果發現只有貓會對貓薄荷有反應 [5],好在這項研究沒有讓貓薄荷改名。

大貓對貓薄荷狂熱的影片,來自Big Cat Rescue。

 

貓薄荷含有的荊芥內酯除了可以讓貓皇上龍心大悅之外,科學家還發現,荊芥內酯驅逐蟑螂的效果是市售驅蟲劑主要成分DEET的100倍 [6]。除了貓薄荷,西歐甘松香(Valeriana celtica)也含有荊芥內酯,還有被稱作木天蓼的葛棗獼猴桃(Actinidia polygama)、纈草(Valeriana officinalis)所含的獼猴桃鹼(actinidine)、草蓯蓉(Boschniakia rossica)的草蓯蓉醛鹼(boschniakine)和草蓯蓉內酯(boschnialactone)、睡菜(Menyanthes trifoliata)的mitsugashiwalactone ……等等植物,總共有14種化學分子已經被研究證實能引起「貓狂熱」。

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有趣的是,有些蟲子也能讓讓貓為之瘋狂。像是隱翅蟲Cafius屬、Creophilus屬、Gabrius屬、Hesperus屬和Philonthu屬的種類,分泌出的化學防禦物質也含有獼猴桃鹼。不只是隱翅蟲,澳洲肉食蟻(Iridomyrmex purpureus)所含的dihydro-nepetalactone,或是阿根廷螞蟻(Iridomyrmex humilis)、北美螞蟻(Iridomyrmex pruinosus)體內的阿根廷蟻素(Iridomyrmecin)、異阿根廷蟻素(Isoiridomyrmecin)也能引起「貓狂熱」。

雖然科學解開了貓薄荷的秘密,但為什麼貓薄荷會帶有荊芥內酯又剛好能讓貓咪狂熱,或許就跟貓奴為什麼會對貓皇帝死心踏地一樣千年難解,卻又是個不爭的事實。

參考資料:

  1. N.B. Todd (1963). The catnip response. Doctoral dissertationHarvard Biological Laboratories.
  2. Palen, G. F., & Goddard, G. V. (1966). Catnip and oestrous behaviour in the cat. Animal Behaviour, 14(2), 372-377.
  3. Hart, B. L., & Leedy, M. G. (1985). Analysis of the catnip reaction: mediation by olfactory system, not vomeronasal organ. Behavioral and Neural Biology, 44(1), 38-46.
  4. TODD, N. B. (1962). Inheritance of the catnip response in domestic cats. Journal of Heredity, 53(2), 54-56.
  5. Hayashi, T. (1968). Motor reflexes of cats to Actinidia polygama (Japan) and to catnip (U.S.A.). Pages 351-358 in N. N. Tanyolag, ed., Theories of odor and odor measurement. N. N. Tanyolac, Istanbul.
  6. Catnip Repels Mosquitoes More Effectively Than DEET. ScienceDaily. [Aug. 28, 2001]
  7. Tucker, A. O., & Tucker, S. S. (1988). Catnip and the catnip response. Economic Botany, 42(2), 214-231.

原發表於UDN專欄

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。