辣椒 - 它們為什麼是辣的?

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點。


我最初於2006年7月21日.釋出了這篇文章

有些植物不想被吃掉。它們可能生長在難以接近的地方,可能看起來沒有食慾,或者它們可能會進化出難聞的氣味。有些植物表面有絨毛、毛髮或粘性,另一些植物則進化出尖刺。動物需要吃掉這些植物才能生存,而植物不需要被動物吃掉才能生存,因此,一場共同進化的軍備競賽導致植物進化出越來越奇異的適應性來阻止動物,而動物也進化出越來越巧妙的適應性來繞過這些障礙。

植物阻止食草動物最有效的方法之一是轉移其現有的生化途徑之一,以合成一種新的化學物質——這種物質會使植物味道難聞,引起嘔吐甚至疼痛,或者可能有足夠的毒性殺死動物。


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但是,植物和食草動物之間還存在其他型別的共同進化。有些植物需要一部分被吃掉——通常是種子——這樣它們才能繁殖自身。因此,它們進化出了果實。種子被包裹在肉質、多汁、美味的純能量包裝中。這些水果通常會進化出一種可以從遠處探測到的甜味。而且,這些水果通常以鮮豔的顏色來“宣傳”——紅色、橙色、黃色、綠色或紫色:“我在這裡!我在這裡!請吃掉我!”

因此,辣椒是一個真正的進化難題。一方面,它們是顏色鮮豔且氣味香甜的水果——顯然是向食草動物發出的“廣告”訊號。另一方面,一旦被咬開,它們就太辣了,對於動物來說不是一種愉快的體驗。那麼,這是為什麼呢?

回到 20 世紀 60 年代,Dan Johnson 提出了一個有趣的提議,他稱之為“定向威懾”,該提議表明,一些植物可能會選擇究竟吸引哪些食草動物,以及阻止哪些食草動物。辣椒是這種現象的主要候選者。辣椒中辣味的來源是辣椒素,這是一種化學物質,當它與三叉神經末梢(通常在口腔內)的香草素受體結合時,會引起疼痛感。碰巧的是,所有哺乳動物都有辣椒素受體,但相對最近才發現鳥類沒有。

為了檢驗這個假設,Josh Tewksbury 使用了兩種辣椒變種——一種非常辣(Capsicum annuum),另一種具有使其完全不辣的突變(Capsicum chacoense)——並將兩者都作為食物提供給齧齒動物(大鼠和仙人掌鼠)和鳥類(彎嘴嘲鶇)。

所有物種都差不多同樣喜歡吃甜的那種。當 Josh 向它們提供用辣椒製成的同樣準備好的食物時,兩種齧齒動物都拒絕食用,而鳥類則高興地吃掉了它。

這項研究於 2001 年發表在《自然》(pdf)上,我當時看到 Josh 在他加入我們部門與 Nick Haddad 博士一起做博士後時就此發表演講。雖然我的實驗室夥伴 Chris 和我在問答環節中就他關於“飢餓動物”的寬鬆標準(他需要它們在餵食測試中處於飢餓狀態)對他進行了很多批評,但這項研究的主要結論仍然是正確的。

更重要的是,這在自然界中確實發生了。在 Josh 研究它們的亞利桑那州,哺乳動物會避開辣椒(並拍攝了它們行為的影片),但鳥類卻狼吞虎嚥地吃辣椒。當他分析餵食辣椒的齧齒動物和鳥類的糞便時,他發現透過鳥類腸道傳播的種子完全是可育的,而哺乳動物吃掉的種子則被咀嚼、壓碎、破碎或半消化,根本不可育。

此外,嘲鶇傾向於在不同種類的結果灌木上花費大量時間。在那裡,它們會排便。糞便中的辣椒種子就在那裡發芽,這是一個它們生長的理想陰涼地點。

真是(共同)進化適應的一個絕佳例子!

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