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天然的尚好 森林裡的藥方

科學月刊_96
・2015/02/06 ・4648字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 570 ・九年級

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「松下問童子,言師採藥去。只在此山中,雲深不知處。」
森林中多樣化的林木,在周而復始的生活週期裡,除了作為木材,更能製造出對人類生活有益的產物,拓展新的存在價值。這就跟著我們上山採藥去!

作者/王升陽

(中興大學森林學系特聘教授及中研院農業生物技術研究中心合聘研究員。專長為植物代謝體學與天然藥物開發。研究成果豐碩,並擁有多項專利。)

森林特產物(special forest products),又稱為非木材森林產物(non-wood forest products),是指來自於森林、林地或森林以外的林木,所生產的「非木材」產品。這些產物可以是採集自原始林或是人工林,也可以是生產於混農林業(agroforesty, 結合林業與農業間土地利用的研究科學或實作方式)的產品。森林特產物的種類可包括食物類、醫藥用品、香料及工藝品等。事實上,植物資源在人類文明史上扮演了極重要的角色,舉凡食、衣、住、行, 無一不與其緊密的結合。過去幾年中,我們的研究團隊,即以臺灣產藥用植物資源為研究主題,對其中可能具有生物活性的成分,進行結構鑑定與作用機制的探討。

不只是木材

以醫療保健系統而言,無論是東、西方的傳統體系,很多都是以林木所製造出的特殊成分,作為藥品的主要來源。根據世界衛生組織(WHO)的估計,目前仍有80%左右的人口,還是依賴傳統醫療作為治療疾病的方法。事實上,許多現代的藥品也都來自於植物的成分,如使用超過百年的阿斯匹靈(aspirin),其主要原料即萃取自楊樹樹皮中的水楊酸;又如癌症的臨床用藥,紫杉醇(paclitaxel)、喜樹鹼(camptothecin)等,亦是來自於林木。

臺灣森林面積約佔60%。由於地理環境、地形與氣候得天獨厚,孕育了豐富且多樣化的自然資源,其中更有不少特有種。這些特有種植物含有十分豐富珍貴的特殊成分,且具各種功效,非常值得我們重視、予以研究開發。從原料的角度來看, 我們可將林木視為,一個能製造出特殊化合物的「生物反應器」。這是因為林木為了適應特殊的生長環境,甚至為了加強應付逆境、對抗外來生物或非生物因子的侵襲,自然而然演化、製造出許多的特殊代謝產物。換言之,許多植物體內的代謝物,除了與它自身生化、生理系統功能相關外,也與外在環境的互動有著密不可分的關係。

過去我們對於森林資源的利用,大都只以「木材利用」的角度來思考。而今,自然環境已有極大的改變。除了傳統的木材利用以外,我們更需要發揮森林「多目標利用」的公益功,彰顯其「保健醫療功效」,並使木材「有效且永續的利用」。因此,如能開發林木裡特殊功效的成分,選擇適當的生物科技方法,調控植物的某些代謝產物,將可在持續利用的原則下,更有效的利用天然資源。在這樣環境保護與善用資源的前提下,更能為林業研究及生技產業開創新的契機。不但符合政府的林業永續經營政策,還可創造出無限商機。

與癌細胞對抗

樟科植物為組成臺灣闊葉森林中重要的樹種,約有60種之多。長久以來,許多樟科樹種於民俗植物(指的是與日常生活有關的野生植物)中扮演了重要的角色。因此我們的研究團隊,系統性地收集超過30種臺灣產木本樟科植物,對其生物活性進行探索。我們自活性篩選結果中,具細胞毒性的天臺烏藥(Lindera aggregata)葉子,分離出新的化合物,並將其命名為Secoaggregatalactone-A(SAL-A)。

由細胞毒性試驗得知,SAL-A對人類肝腫瘤細胞株(Hep-G2 cell line)具有顯著的毒殺效果。為解析SAL-A可能對腫瘤細胞造成的毒殺機制,我們觀察了細胞型態與利用流式細胞儀(flow cytometer), 證實SAL-A主要是由細胞凋亡(apoptosis)的機制,致使人類肝腫瘤細胞株死亡。並由蛋白表現分析得知,SAL-A是經由粒線體路徑(mitochondrial pathway),誘導人類肝腫瘤細胞凋亡,進而抑制肝腫瘤細胞的生長。

五加科(Araliaceae)植物,包括有灌木、喬木或草本。有許多是重要的中藥材,如人參(Panax schinseng Nees),就是五加科的草本植物。約84屬920種以上,分布南、北兩半球的熱帶及溫帶。五加科的多種植物在民俗及藥用植物中,具有相當重要的地位。除具獨特的芳香氣味而廣被利用為香料之外,在民俗療法中也常被當成提神補氣的藥材。

臺灣產木本五加科植物共10屬,其中如五加屬(Acanthopanax)、楤木屬(Aralia)、樹參屬(Dendropanax)、八角金盤屬(Fatsia) 等, 除具芳香氣味外,也被利用於藥用或香料。在臺灣森林植物代謝物的抗癌活性研究方面,我們最近自三葉五加(Eleutherococcus trifoliatus)中,分離出木酚素Taiwanin E,並證實其可透過抑制網膜細胞瘤調控蛋白的磷酸化,抑制乳癌細胞的生長。

痛風的天然救星

嘌呤核苷酸(purine nucleotide)在黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XOD)的催化下,會氧化成尿酸(uric acid)。人體的肝、腸黏膜及乳液中,含有大量的黃嘌呤氧化酶;一旦作用,則將與嘌呤(purine)、吡啶(pyridine)及乙醛等,生成過氧化氫及尿酸。尿酸及尿酸鹽的含量若超過飽和點,就會以針狀晶體的狀態析出,沉積於關節,引起高尿酸血症(hyperuricemia)。臨床症狀上,高尿酸血症常扮隨著痛風的發生。因此使用XOD抑制劑,可有效阻斷尿酸在人體中的合成,是當前有效治療高尿酸血症的方法之一。

目前臨床上,治療高尿酸血症主要的藥物為別嘌呤醇(allopurinol)。它雖然能有效降低高尿酸血症的程度,但其嚴重的副作用也影響了人體的健康,如肝炎、腎病變及過敏反應等。也因此,尋找新的、無副作用的XOD抑制劑,便成了目前熱門的研究主題。近年來,使用植物性藥物,處理臨床疾病再次獲得關注。科學家轉而從多樣性的傳統中草藥植物中,探究XOD的抑制劑。希望能從中找出有效並且低副作用的XOD抑制劑,取代別嘌呤醇的使用。

由我們的研究結果中發現,臺灣特有樟科樹種土肉桂(Cinnamomum osmophleum , 葉子精油具有極佳的抗真菌活性)所含肉桂醛,具有極強抑制黃嘌呤氧化酶的活性,更可有效降低動物體內的尿酸濃度。因此,土肉桂的確具有發展成抗結石或降尿酸保健產品的潛力。同樣於降尿酸活性的研究,我們也證實忍冬科的裡白忍冬(Lonicera hypoglauca)的葉子,其乙醇萃取物在體外實驗中,能顯著抑制黃嘌呤氧化酶的活性;而在高尿酸血症小鼠模式中,也可降低血清中的尿酸含量。

來自柳杉葉的舒緩

目前對於植物精油成分的研究,已累積了相當的成果。但對於直接分析來自樹木散發於大氣中的芬多精,其研究則相對較少。但另一方面,樹木的揮發性成分,已被廣泛利用在醫療、保健食品、化妝品、或殺蟲劑等方面。過去幾年中,我們已針對臺灣特產的林木,進行精油居家用品的研究與開發。證實紅檜精油具抗真菌活性、蠹魚忌避活性與殺蚊子幼蟲活性,而柳杉精油則具蠹魚忌避與毒殺活性等。

最近,我們更利用動物自動軌跡追蹤數位視訊系統,分析老鼠中樞神經系統在柳杉葉子精油作用後, 所產生的影響。首先,我們利用安眠藥誘導老鼠進入睡眠,結果發現,經柳杉葉子精油處理過的老鼠,能顯著延長睡眠。接著,我們利用「高腳十字迷宮」,試驗柳杉精油對老鼠抗焦慮的影響。結果顯示,口服柳杉葉子精油以及其主成分檸檬烯(d-Limonene),可明顯增加老鼠進入開放區域的比例、進入開放區域的時間。換言之,柳杉葉子精油能明顯降低老鼠產生的焦慮行為。此外,我們利用「冰醋酸扭體試驗」,評估柳杉葉子精油物對老鼠鎮痛的影響,也得到正面結果,可顯著降低老鼠的扭體次數。而在毒理試驗中我們也發現,無論對公鼠或母鼠,即使服用極高的柳杉精油,對老鼠也無毒性反應產生。由此可知,柳杉葉子精油以及其主成分檸檬烯,對中樞神經系統有相當的影響,具有安眠、抗焦慮以及鎮痛的功能。若能善加開發,將對森林資源的利用有重大的貢獻。

除了柳杉之外,臺灣原住民中的賽夏族與泰雅族,常將山胡椒(Litsea cubeba) 用於消除宿醉所引起的頭疼、身體痠痛等症狀。在民間傳統用藥中,也有祛風濕、消腫、解毒、止痛的功效。我們的研究團隊,便先利用了氣相層析質譜儀(gas chromatography-mass spectrophotometer, GCMS),分析山胡椒果實揮發成分之組成,確定其主要成分為香葉醛(geranial)、橙花醛(neral)和檸檬烯。再來利用數種動物行為模型,來評估山胡椒葉部精油,對老鼠中樞神經系統的作用與影響。結果發現,山胡椒葉部精油能延長老鼠的睡眠時間、減少「強迫游泳試驗」所產生的不動時間,並具有抗焦慮、鎮痛的效果。

害怕膽固醇過高嗎

據統計,代謝症候群(metabolite syndrome)普遍發生於成年人口身上,導因於體內慢性發炎。具估計約25%的人口受到影響,而在40歲以上的年齡層,更是超過40%以上都受到此疾病的困擾。近10年內,與代謝失常有關的疾病發生率增加了將近61%。但其增加速率,則又因人口和性別的關係而有差異。從自然資源中找尋低副作用、可治療代謝症候群的天然保健品,已是植物藥學家研發的重要主題之一。若我們能依目前臺灣樹種,已被分離出的特殊成分為開發主軸,針對代謝症候群相關的病症進行研究,相信可以找出具醫療開發價值的林產品。

我們將「土肉桂葉子熱水抽出物」,以口服的方式讓倉鼠服用。持續餵食低劑量的土肉桂葉子熱水抽出物5~10週後,這些倉鼠與只餵食高油脂飲食的倉鼠相比,可降低血清中的總膽固醇及三酸甘油酯。而在經過10週同劑量的餵食後,低密度脂蛋白膽固醇的指數也明顯減少。毒理安全性評估方面,在高劑量下,倉鼠在血清、血球檢測及腎及肝臟的臟器變化,都沒有明顯的毒理情形。根據這些分析,可以推論在高劑量下,土肉桂葉子的熱水抽出物沒有明顯的毒理反應;並且在低劑量時,就具有良好的降低血清脂質的功效。

而分離自紅果山胡椒(Lindera erythrocarpa) 的lucidone,也能有效抑制脂質生成作用(adipogenesis),減少細胞內的脂質生成堆積。在動物試驗中,lucidoneu 也可減少攝食高油脂老鼠的體重。除此之外,其實lucidone也是我們研究抗發炎成分的重要課題之一。我們建立了細胞與動物模型,來研究它的抗發炎機制。在揮發性成分方面,我們發現,山肉桂(Cinnamomum insularimontanum)的果實精油,及其主要成分檸檬醛(citral)具有顯著的抗發炎活性,值得進一步研究與開發。紅檜,為臺灣重要的針葉樹種。我們自其心材(位於樹幹中央,沒有活細胞、顏色較深的部分)甲醇萃取物中,依生物活性為導向的分離策略,分離出數個具抗發炎活性之化合物。我們也從臺灣特有普來氏月桃(Alpinia pricei) 中, 分離出數個具有抗發炎活性的黃酮類化合物。

最有名的樹――金城武樹。臺東池上鄉的一棵茄苳樹,因明星金城武替 航空公司拍攝廣告而暴紅。茄苳(Bischofia javanica)抗風、抗污染、 易栽培,可作為行道樹。木材堅硬耐用,可供建築;根、皮、葉皆可作 藥用。壽命長,可長成巨樹,常成為民間信仰膜拜的樹公。( 圖片來源:JianEn Yu)
最有名的樹――金城武樹。臺東池上鄉的一棵茄苳樹,因明星金城武替航空公司拍攝廣告而暴紅。茄苳(Bischofia javanica)抗風、抗污染、易栽培,可作為行道樹。木材堅硬耐用,可供建築;根、皮、葉皆可作藥用。壽命長,可長成巨樹,常成為民間信仰膜拜的樹公。( 圖片來源:JianEn Yu)

另外,我們的研究團隊也由膽固醇吸收試驗結果證實,臺灣產杉、柏科木材中的二萜類化合物「鐵銹醇(ferruginol)」,對老鼠細胞的膽固醇吸收與酯化具有顯著的抑制效果,頗具潛力開發為預防動脈硬化的保健產品。

就一個天然物化學家的立場而言,如何促使「化學研究」謀取人類最大的福祉;在考慮自然資源保育與永續利用的前提下,開發自然資源是當前我們所感到高度興趣的議題。森林中多樣化的植物,在周而復始的生活週期裡,除具有調節環境、降低溫室效應的功用,更會製造出對人類生活有著莫大助益的產物。如樹木在一次代謝(光合作用)所產生的氧氣,以及在二次代謝中所製造出許許多多的微量成分。

有越來越多科學家相信,植物二次代謝產物除了可作為香料、醫療保健的主要原料外,在植物繁殖、生長發育、防禦及逆境調適等生理作用上應扮演著重要的角色。在過去10年中,我們的研究團隊系統地篩選臺灣特有森林植物的活性成分,並獲得具體的成果。在未來,也將持續進行深入的研究,並推動產業的發展,為臺灣森林資源拓展新的利用價值。

本文轉載自科學月刊2015年2月號

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非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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氣味幽暗又肉慾的廣藿香,香氣強到可以掩蓋大麻味——《香氣採集者》
積木文化
・2021/11/07 ・1624字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • 作者 / 多明尼克.侯柯  (Dominique Roques)
  • 譯者 / 韓書妍

「我從來搞不懂,這麼小小一片葉子,竟然可以產生如此強勁深濃的氣味。」奧利維耶 (Olivier) 驚嘆,他是我公司中的另一位香水大師。

這位業界之星憶道:「十八歲時,我經過坎城安提柏路 (rue d’Antibes) 上剛開幕的 Réminiscene 店面,因此認識了廣藿香。香氣飄到路的遠處,而且據說廣藿香可以掩蓋大麻的氣味,帶有悖德的感覺,因此更加誘人。他們的香水配方有一半都是廣藿香精油,從來沒有人能做到這種程度!」

奧利維耶是一九九二年發售的 Thierry Mugler 「天使」(Angel ) 香水的創作者,這款香水無疑獨具一格,廣受歡迎,被香水界視為革命性的作品。

這款作品源自對美食香調的狂戀,始終是全球最暢銷的香水之一。因為我們談到廣藿香,奧利維耶告訴我這件創作的起源:「品牌的香水負責人叫做薇拉,她想要一款充滿濃濃女人味的香水。

我以一件私人創作「帕楚」(Patchou) 為出發點,其中含有一半廣藿香和香草。我好愛這個香調,因此想方設法運用它。」奧利維耶了整整兩年的時間,每天努力將「帕楚」化為「天使」。他透過這款香水,描述提耶里.穆格勒 (Thierry Mugler) 在阿爾薩斯的童年回憶,加入帕林內、咖啡、蜂蜜香調,再加上香草,突顯黑醋栗和葡萄柚的香氣。「我選擇不要使用花香搭配廣藿香,而是透過美食香調為其增添難以抗拒的魅力。」

哥廷根植物園中的廣藿香。圖/WIKIPEDIA by Valérie75

「天使」的配方最後維持單純,只有二十六種原料,一半是經典成分,並且保留四分之一的廣藿香,是相當可觀的劑量。奧利維耶分享他對精油的感受。

廣藿香帶有發霉、皮革、辛香料、菸草和腐植質氣味,幽暗肉慾的特質,能與任何木質調完美結合,男香女香皆適用,不分性別、超越香氛、撩人銷魂。

在辦公室裡,奧利維耶無法抗拒地拿出幾瓶廣藿香,浸潤試香紙。從第一張試香紙開始,印尼的田野回憶一口氣湧上我的心頭。

調香師表示暫停片刻,我們便開始嗅聞其他不同的部份,都是他正在創作的配方香調。他近乎低語地繼續說道:「森林地面、腐植質和氣味,也跟色彩有關。我一直覺得『天使』是藍色和黑色的。對我而言,廣藿香是黑色的。如果我想要在香水中加入黑色,就會使用廣藿香。」他的肺腑之言令我再度響起墨汁中的廣藿香。我喜歡調香師的觀點與黑色帶香氣墨汁的碰撞,墨汁會在紙上留下若有似無的氣息。

一如所有香水界人士,奧利維耶仍清楚記得最近一次發生在二〇〇八年的廣藿香危機。自從一九七六年的事件後,印尼生產組織的脆弱,導致多起重大危機發生,同樣令業界餘悸猶存。

移居者手工蒸餾葉片是以數萬名小農為基礎,總是會經過一連串收購人才到達出口商手中。在葉片價格長期過低的情況下,只要遇到其他獲利更高的機會,農民就放棄種植廣藿香。再加上惡劣的天候條件,這番處境引發了一九九八年和二〇〇八年的嚴重危機。相隔十年,由於兩年之間太晚發現精油短缺和飆高的天價,導致相同局面再度重演。

各種配方中,廣藿香無所不在,卻是眾人關心的焦點。買家們總會開玩笑說:「香水界只要廣藿香順利,一切就順利!」很不幸地,二〇〇八年由於幾週內價格翻了數倍,廣藿香再也不順利了。香水業界深受其苦,震驚於業界竟然再一次受農夫心情、投機商人的長期惡習以及印尼氣候的左右。業界下定決心要由內而外重新整頓策略。對買家來說,再也無需及時生產,所有大型用戶都有足量庫存,再也不愁沒有廣藿香精油了。

——本文摘自《香氣採集者:從薰衣草、香草到澳洲檀香與孟加拉沉香,法國香氛原料供應商走遍全球,發掘品牌背後成就迷人氣息的勞動者與風土面貌。》,2021 年 10 月,積木文化

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運用化學或生物屏障,跟蚊子玩躲貓貓:除了防蚊液,我們還有什麼?
波留先生 M. Beaulieu_96
・2021/02/10 ・2884字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 513 ・六年級

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A 編按:夜深人靜,惱人的嗡嗡聲伴我入眠,我試著用「物理方法」解決問題,但敏捷不夠的我,只是連續搧了自己好幾個巴掌,摸著紅腫的臉頰,我點起了床頭的電蚊香。

 

《用科學拯救怦然崩潰的髒亂,這樣的掃除你洗翻嗎?》專題為你介紹驅趕蚊子的各種方法,【化學或生物屏障】將介紹防蚊液的機制與捕食蚊子的動物,以及讓蚊子找不到你的「氣味隱形斗篷」

「嗡嗡~嗡⋯⋯啪!」上一篇文章裡,我們整理了一些利用物理特性吸引蚊子並集中管(ㄆㄨ)理(ㄕㄚ)的裝置,如捕蚊燈、電蚊拍以及腿毛(?)。然而,驅蚊的方法百百種,除了這類型的物理防禦,我們還有魔法防禦;不是,我是說,其他實用或歪樓的妙招。

捕蚊燈利用物理特性吸引蚊子。圖/Wikipedia

防蚊液為什麼能驅趕蚊蟲?

首先要談到的,就是大家比較熟悉的防蚊液或驅蟲劑 (insect repellent)。人的皮膚會排放二氧化碳與汗水等物質,進而吸引蚊子靠近,而這類化學製劑最主要的作用,就是干擾蚊子的嗅覺,從而阻止牠們獲取人們的身體資訊。如此一來,我們就能在蚊子大軍面前用招搖又機車的表情告訴他們:「你找不到我,ㄌㄩㄝ~」

雖說坊間的防蚊液各有千秋,每個品牌也都有他們獨特的配方,但終歸不出幾項有效成分。以人工合成成分來說,最常見的莫過於敵避(diethyltoluamide, DEET,即避蚊胺)和派卡瑞丁 (Picaridin),這兩個成分同時也是美國疾病管制局 (Centers for Disease Control and Prevention, CDC) 所建議最有效的蟲成分之一。[1]

根據 CDC 官方資料,雖說含有 DEET 和派卡瑞丁的防蚊產品,普遍不會對一般人、孕婦甚至兒童的健康造成負面影響(尤其是 DEET,市面上能購得的濃度甚至高達 100 %),然而,這些產品仍可能對皮膚造成不適,須謹慎使用。另外,這些物質會經由皮膚吸收並透過尿液排除,因此也不建議直接對皮膚塗抹,而是噴灑在衣服上,或至少隔一層乳液或底霜。畢竟,我們只是要讓蚊子無法分辨氣味,沒必要把自己搞得那麼不美味(X)。

使用防蚊液或驅蟲劑干擾蚊蟲嗅覺,阻止牠們獲取人們的身體資訊。GIF/Giphy

純天然的選擇:精油

雖說這些成分確實能降低蚊子找到你的機會,然而,畢竟是要塗在皮膚上的東西,這些物質是否有效、可靠又安全,也是大家相當關心的事。

有些人對合成成分敬而遠之,並尋求植物精油的協助,像是檸檬、香茅、天竺葵、尤加利、丁香、苦楝油和薰衣草等,都是常見的驅蚊用油,加上口味選擇多,深受廣大民眾的喜愛。另外,美國國家環境保護局 (Environmental Protection Agency, EPA) 也列出幾種經測試可用在皮膚上的有效成分[2],如檸檬尤加利精油中所萃取出的檸檬桉醇 (p-Menthane-3,8-diol, PMD) 與貓薄荷(咦,養貓兼顧驅蚊?但重點是要種貓薄荷),當然也包含先前所說的 DEET 跟派卡瑞丁。

然而,每個人的身體對這些味道的「接受程度」不一樣,也不能期待每個人都熟諳精油化學,有些成分用多了甚至會損害肝臟,因此,直接使用有經過政府或 EPA 認證的噴防蚊液,還是相對保險的做法。

貓薄荷、檸檬桉醇、派卡瑞丁和DEET都有驅蚊的功效。圖/Wikipedia

那些以蚊子為食的動物

如果你不是很擅長充滿神秘氣息的精油調配,或天生就不是個好園丁,種什麼死什麼,那你也可以評估自身狀況,養會吃蚊子的動物(千萬別指望天竺鼠,吃蚊子不是他們的工作,pui pui 才是)。不過,我真的不建議為了這個理由養一隻寵物,畢竟這是一個很大的責任,大家還是看看笑笑就好。

可以評估自身能力飼養會吃蚊子個動物,但捕食蚊子並不是天竺鼠的專長。圖/木棉花 MUSE TW

許多動物都會吃蚊子[3],像是紫崖燕 (Progne subis)、家燕 (Hirundo rustica) 等鳥類,或是藍鰓太陽魚 (Lepomis macrochirus)、紅耳龜 (Trachemys scripta elegans)、蝌蚪等魚類或兩棲類動物。如果心臟夠大、環境也允許的話,也許可以考慮養一些蝙蝠、蜘蛛、壁虎、蜻蜓等另類選擇。

石墨烯做的「氣味隱形斗篷」也能發揮防蚊奇效

有些人不僅不善於園藝,也不諳畜養之道,但這些都不打緊。如果你剛好是個愛好手作之人,不妨考慮看看接下來這個點子——氧化石墨烯 (graphene oxide, GO)。

美國布朗大學工程學院 (Brown’s School of Engineering) 研究人員在 2019 年時曾於《美國國家科學院刊》(Proceeding of the National Academy of Sciences, PNAS) 發表一項研究[4],他們讓受試者手臂皮膚部分暴露,並觀察實驗蚊蟲在一般紗布 (cheesecloth) 與塗有 GO 的紗布上,如何對眼前的鮮肉「大快朵頤」。

結果,蚊子大軍似乎對蓋著 GO 紗布的肉肉們敬謝不敏。研究解釋,由於 GO 是相當強大的分子屏障,基本上連氦原子都難以滲透過去,遑論 CO2 與汗水等吸引蚊子的化學訊號;也就是說,GO 的存在彷彿是一件「氣味分子隱形斗篷」,穿上它,蚊子就別想找到你。

GO對於蚊子來說彷彿是「氣味分子隱形斗篷」。圖/Mosquito bite prevention through graphene barrier layers | PNAS

另外,研究人員也在 GO 外部沾染汗水的氣味吸引蚊蟲叮咬,發現 GO 堅韌到無法被蚊子的口器戳穿,但如果讓 GO 薄膜吸收水分,它就變得比較柔軟,蚊子們就能乘虛而入。目前,研究人員仍在尋找穩定 GO 的方法,希望無論乾濕,它都能對抵禦蚊子口器的襲擊。不過能確定的是,如果不要白目把汗水塗在外面,穿上隱形斗篷蚊子根本也找不到你啊!(吶喊)

驅逐蚊蟲的方法與設備何其多,族繁不及備載,但它們的原理,主要還提高蚊子登陸+吸血的難度。只要用對材料或方法,你也可以告別那些嗡嗡聲響不停的夜晚!

參考資料

  1. Mosquito Joe. “What Eats Mosquitoes? The Predators of Peskiness!” Mosquito Joe, 30 Jan 2020.
  2. Centers for Disease Control and Prevention. “Protect Yourself and Your Family from Mosquito Bites.” Centers for Disease Control and Prevention, 7 Dec 2020.
  3. Environmental Protection Agency. “Skin-Applied Repellent Ingredients.” Environmental Protection Agency.
  4. Castilho, Cintia J., et al. “Mosquito bite prevention through graphene barrier layers.” Proceeding of the National Academy of Sciences, 10 Sep 2019.
  5. Fullscopepestcontrol. “Animals That Eat Mosquitoes.” Fullscopepestcontrol, 2019.
  6. “Insect repellent.” Wikipedia.
  7. Pease, Jill. “UF study offers more evidence that DEET is a safe way to ward off mosquitoes.” UF Health, 26 May 2020.
  8. Picaridin General Fact Sheet.” National Pesticide Information Center.
  9. Siegmund-Roach, Sherilyn. “A Guide To Essential Oil Safety.” Herbal Academy, 6 Apr 2015.
  10. 郭世文,〈關於蚊子的一些事〉,《科學發展》,2011 年 5 月。
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波留先生 M. Beaulieu_96
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曾當過兩三年的職能治療師,在體力正式走下波前轉戰出版業,現為出版社圖文編輯,並斜槓各式聲音工作。

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天然的尚好 森林裡的藥方
科學月刊_96
・2015/02/06 ・4648字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 570 ・九年級

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「松下問童子,言師採藥去。只在此山中,雲深不知處。」
森林中多樣化的林木,在周而復始的生活週期裡,除了作為木材,更能製造出對人類生活有益的產物,拓展新的存在價值。這就跟著我們上山採藥去!

作者/王升陽

(中興大學森林學系特聘教授及中研院農業生物技術研究中心合聘研究員。專長為植物代謝體學與天然藥物開發。研究成果豐碩,並擁有多項專利。)

森林特產物(special forest products),又稱為非木材森林產物(non-wood forest products),是指來自於森林、林地或森林以外的林木,所生產的「非木材」產品。這些產物可以是採集自原始林或是人工林,也可以是生產於混農林業(agroforesty, 結合林業與農業間土地利用的研究科學或實作方式)的產品。森林特產物的種類可包括食物類、醫藥用品、香料及工藝品等。事實上,植物資源在人類文明史上扮演了極重要的角色,舉凡食、衣、住、行, 無一不與其緊密的結合。過去幾年中,我們的研究團隊,即以臺灣產藥用植物資源為研究主題,對其中可能具有生物活性的成分,進行結構鑑定與作用機制的探討。

不只是木材

以醫療保健系統而言,無論是東、西方的傳統體系,很多都是以林木所製造出的特殊成分,作為藥品的主要來源。根據世界衛生組織(WHO)的估計,目前仍有80%左右的人口,還是依賴傳統醫療作為治療疾病的方法。事實上,許多現代的藥品也都來自於植物的成分,如使用超過百年的阿斯匹靈(aspirin),其主要原料即萃取自楊樹樹皮中的水楊酸;又如癌症的臨床用藥,紫杉醇(paclitaxel)、喜樹鹼(camptothecin)等,亦是來自於林木。

臺灣森林面積約佔60%。由於地理環境、地形與氣候得天獨厚,孕育了豐富且多樣化的自然資源,其中更有不少特有種。這些特有種植物含有十分豐富珍貴的特殊成分,且具各種功效,非常值得我們重視、予以研究開發。從原料的角度來看, 我們可將林木視為,一個能製造出特殊化合物的「生物反應器」。這是因為林木為了適應特殊的生長環境,甚至為了加強應付逆境、對抗外來生物或非生物因子的侵襲,自然而然演化、製造出許多的特殊代謝產物。換言之,許多植物體內的代謝物,除了與它自身生化、生理系統功能相關外,也與外在環境的互動有著密不可分的關係。

過去我們對於森林資源的利用,大都只以「木材利用」的角度來思考。而今,自然環境已有極大的改變。除了傳統的木材利用以外,我們更需要發揮森林「多目標利用」的公益功,彰顯其「保健醫療功效」,並使木材「有效且永續的利用」。因此,如能開發林木裡特殊功效的成分,選擇適當的生物科技方法,調控植物的某些代謝產物,將可在持續利用的原則下,更有效的利用天然資源。在這樣環境保護與善用資源的前提下,更能為林業研究及生技產業開創新的契機。不但符合政府的林業永續經營政策,還可創造出無限商機。

與癌細胞對抗

樟科植物為組成臺灣闊葉森林中重要的樹種,約有60種之多。長久以來,許多樟科樹種於民俗植物(指的是與日常生活有關的野生植物)中扮演了重要的角色。因此我們的研究團隊,系統性地收集超過30種臺灣產木本樟科植物,對其生物活性進行探索。我們自活性篩選結果中,具細胞毒性的天臺烏藥(Lindera aggregata)葉子,分離出新的化合物,並將其命名為Secoaggregatalactone-A(SAL-A)。

由細胞毒性試驗得知,SAL-A對人類肝腫瘤細胞株(Hep-G2 cell line)具有顯著的毒殺效果。為解析SAL-A可能對腫瘤細胞造成的毒殺機制,我們觀察了細胞型態與利用流式細胞儀(flow cytometer), 證實SAL-A主要是由細胞凋亡(apoptosis)的機制,致使人類肝腫瘤細胞株死亡。並由蛋白表現分析得知,SAL-A是經由粒線體路徑(mitochondrial pathway),誘導人類肝腫瘤細胞凋亡,進而抑制肝腫瘤細胞的生長。

五加科(Araliaceae)植物,包括有灌木、喬木或草本。有許多是重要的中藥材,如人參(Panax schinseng Nees),就是五加科的草本植物。約84屬920種以上,分布南、北兩半球的熱帶及溫帶。五加科的多種植物在民俗及藥用植物中,具有相當重要的地位。除具獨特的芳香氣味而廣被利用為香料之外,在民俗療法中也常被當成提神補氣的藥材。

臺灣產木本五加科植物共10屬,其中如五加屬(Acanthopanax)、楤木屬(Aralia)、樹參屬(Dendropanax)、八角金盤屬(Fatsia) 等, 除具芳香氣味外,也被利用於藥用或香料。在臺灣森林植物代謝物的抗癌活性研究方面,我們最近自三葉五加(Eleutherococcus trifoliatus)中,分離出木酚素Taiwanin E,並證實其可透過抑制網膜細胞瘤調控蛋白的磷酸化,抑制乳癌細胞的生長。

痛風的天然救星

嘌呤核苷酸(purine nucleotide)在黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XOD)的催化下,會氧化成尿酸(uric acid)。人體的肝、腸黏膜及乳液中,含有大量的黃嘌呤氧化酶;一旦作用,則將與嘌呤(purine)、吡啶(pyridine)及乙醛等,生成過氧化氫及尿酸。尿酸及尿酸鹽的含量若超過飽和點,就會以針狀晶體的狀態析出,沉積於關節,引起高尿酸血症(hyperuricemia)。臨床症狀上,高尿酸血症常扮隨著痛風的發生。因此使用XOD抑制劑,可有效阻斷尿酸在人體中的合成,是當前有效治療高尿酸血症的方法之一。

目前臨床上,治療高尿酸血症主要的藥物為別嘌呤醇(allopurinol)。它雖然能有效降低高尿酸血症的程度,但其嚴重的副作用也影響了人體的健康,如肝炎、腎病變及過敏反應等。也因此,尋找新的、無副作用的XOD抑制劑,便成了目前熱門的研究主題。近年來,使用植物性藥物,處理臨床疾病再次獲得關注。科學家轉而從多樣性的傳統中草藥植物中,探究XOD的抑制劑。希望能從中找出有效並且低副作用的XOD抑制劑,取代別嘌呤醇的使用。

由我們的研究結果中發現,臺灣特有樟科樹種土肉桂(Cinnamomum osmophleum , 葉子精油具有極佳的抗真菌活性)所含肉桂醛,具有極強抑制黃嘌呤氧化酶的活性,更可有效降低動物體內的尿酸濃度。因此,土肉桂的確具有發展成抗結石或降尿酸保健產品的潛力。同樣於降尿酸活性的研究,我們也證實忍冬科的裡白忍冬(Lonicera hypoglauca)的葉子,其乙醇萃取物在體外實驗中,能顯著抑制黃嘌呤氧化酶的活性;而在高尿酸血症小鼠模式中,也可降低血清中的尿酸含量。

來自柳杉葉的舒緩

目前對於植物精油成分的研究,已累積了相當的成果。但對於直接分析來自樹木散發於大氣中的芬多精,其研究則相對較少。但另一方面,樹木的揮發性成分,已被廣泛利用在醫療、保健食品、化妝品、或殺蟲劑等方面。過去幾年中,我們已針對臺灣特產的林木,進行精油居家用品的研究與開發。證實紅檜精油具抗真菌活性、蠹魚忌避活性與殺蚊子幼蟲活性,而柳杉精油則具蠹魚忌避與毒殺活性等。

最近,我們更利用動物自動軌跡追蹤數位視訊系統,分析老鼠中樞神經系統在柳杉葉子精油作用後, 所產生的影響。首先,我們利用安眠藥誘導老鼠進入睡眠,結果發現,經柳杉葉子精油處理過的老鼠,能顯著延長睡眠。接著,我們利用「高腳十字迷宮」,試驗柳杉精油對老鼠抗焦慮的影響。結果顯示,口服柳杉葉子精油以及其主成分檸檬烯(d-Limonene),可明顯增加老鼠進入開放區域的比例、進入開放區域的時間。換言之,柳杉葉子精油能明顯降低老鼠產生的焦慮行為。此外,我們利用「冰醋酸扭體試驗」,評估柳杉葉子精油物對老鼠鎮痛的影響,也得到正面結果,可顯著降低老鼠的扭體次數。而在毒理試驗中我們也發現,無論對公鼠或母鼠,即使服用極高的柳杉精油,對老鼠也無毒性反應產生。由此可知,柳杉葉子精油以及其主成分檸檬烯,對中樞神經系統有相當的影響,具有安眠、抗焦慮以及鎮痛的功能。若能善加開發,將對森林資源的利用有重大的貢獻。

除了柳杉之外,臺灣原住民中的賽夏族與泰雅族,常將山胡椒(Litsea cubeba) 用於消除宿醉所引起的頭疼、身體痠痛等症狀。在民間傳統用藥中,也有祛風濕、消腫、解毒、止痛的功效。我們的研究團隊,便先利用了氣相層析質譜儀(gas chromatography-mass spectrophotometer, GCMS),分析山胡椒果實揮發成分之組成,確定其主要成分為香葉醛(geranial)、橙花醛(neral)和檸檬烯。再來利用數種動物行為模型,來評估山胡椒葉部精油,對老鼠中樞神經系統的作用與影響。結果發現,山胡椒葉部精油能延長老鼠的睡眠時間、減少「強迫游泳試驗」所產生的不動時間,並具有抗焦慮、鎮痛的效果。

害怕膽固醇過高嗎

據統計,代謝症候群(metabolite syndrome)普遍發生於成年人口身上,導因於體內慢性發炎。具估計約25%的人口受到影響,而在40歲以上的年齡層,更是超過40%以上都受到此疾病的困擾。近10年內,與代謝失常有關的疾病發生率增加了將近61%。但其增加速率,則又因人口和性別的關係而有差異。從自然資源中找尋低副作用、可治療代謝症候群的天然保健品,已是植物藥學家研發的重要主題之一。若我們能依目前臺灣樹種,已被分離出的特殊成分為開發主軸,針對代謝症候群相關的病症進行研究,相信可以找出具醫療開發價值的林產品。

我們將「土肉桂葉子熱水抽出物」,以口服的方式讓倉鼠服用。持續餵食低劑量的土肉桂葉子熱水抽出物5~10週後,這些倉鼠與只餵食高油脂飲食的倉鼠相比,可降低血清中的總膽固醇及三酸甘油酯。而在經過10週同劑量的餵食後,低密度脂蛋白膽固醇的指數也明顯減少。毒理安全性評估方面,在高劑量下,倉鼠在血清、血球檢測及腎及肝臟的臟器變化,都沒有明顯的毒理情形。根據這些分析,可以推論在高劑量下,土肉桂葉子的熱水抽出物沒有明顯的毒理反應;並且在低劑量時,就具有良好的降低血清脂質的功效。

而分離自紅果山胡椒(Lindera erythrocarpa) 的lucidone,也能有效抑制脂質生成作用(adipogenesis),減少細胞內的脂質生成堆積。在動物試驗中,lucidoneu 也可減少攝食高油脂老鼠的體重。除此之外,其實lucidone也是我們研究抗發炎成分的重要課題之一。我們建立了細胞與動物模型,來研究它的抗發炎機制。在揮發性成分方面,我們發現,山肉桂(Cinnamomum insularimontanum)的果實精油,及其主要成分檸檬醛(citral)具有顯著的抗發炎活性,值得進一步研究與開發。紅檜,為臺灣重要的針葉樹種。我們自其心材(位於樹幹中央,沒有活細胞、顏色較深的部分)甲醇萃取物中,依生物活性為導向的分離策略,分離出數個具抗發炎活性之化合物。我們也從臺灣特有普來氏月桃(Alpinia pricei) 中, 分離出數個具有抗發炎活性的黃酮類化合物。

最有名的樹――金城武樹。臺東池上鄉的一棵茄苳樹,因明星金城武替 航空公司拍攝廣告而暴紅。茄苳(Bischofia javanica)抗風、抗污染、 易栽培,可作為行道樹。木材堅硬耐用,可供建築;根、皮、葉皆可作 藥用。壽命長,可長成巨樹,常成為民間信仰膜拜的樹公。( 圖片來源:JianEn Yu)
最有名的樹――金城武樹。臺東池上鄉的一棵茄苳樹,因明星金城武替航空公司拍攝廣告而暴紅。茄苳(Bischofia javanica)抗風、抗污染、易栽培,可作為行道樹。木材堅硬耐用,可供建築;根、皮、葉皆可作藥用。壽命長,可長成巨樹,常成為民間信仰膜拜的樹公。( 圖片來源:JianEn Yu)

另外,我們的研究團隊也由膽固醇吸收試驗結果證實,臺灣產杉、柏科木材中的二萜類化合物「鐵銹醇(ferruginol)」,對老鼠細胞的膽固醇吸收與酯化具有顯著的抑制效果,頗具潛力開發為預防動脈硬化的保健產品。

就一個天然物化學家的立場而言,如何促使「化學研究」謀取人類最大的福祉;在考慮自然資源保育與永續利用的前提下,開發自然資源是當前我們所感到高度興趣的議題。森林中多樣化的植物,在周而復始的生活週期裡,除具有調節環境、降低溫室效應的功用,更會製造出對人類生活有著莫大助益的產物。如樹木在一次代謝(光合作用)所產生的氧氣,以及在二次代謝中所製造出許許多多的微量成分。

有越來越多科學家相信,植物二次代謝產物除了可作為香料、醫療保健的主要原料外,在植物繁殖、生長發育、防禦及逆境調適等生理作用上應扮演著重要的角色。在過去10年中,我們的研究團隊系統地篩選臺灣特有森林植物的活性成分,並獲得具體的成果。在未來,也將持續進行深入的研究,並推動產業的發展,為臺灣森林資源拓展新的利用價值。

本文轉載自科學月刊2015年2月號

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科學月刊_96
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