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
我們人類熱愛咖啡因。這種溫和的興奮劑拯救了無數學生、家長和辛勤工作的成年人,使他們免於在辦公桌上打瞌睡。它是咖啡樹和茶樹等植物的天然產物。但問題是,為什麼這些植物首先會產生咖啡因呢?
事實證明,這個問題有兩個答案。首先,咖啡因是一種天然殺蟲劑,可以麻痺和殺死想要啃食植物葉子、漿果或其他部位的昆蟲。這對防止蟲子叮咬很有好處。
但是這些植物也會開花,而這些花需要蜜蜂。因此,令人有些驚訝的是,咖啡樹以及柑橘屬植物(是的,就是橙子)的花蜜中也含有咖啡因。畢竟,如果咖啡因對某些昆蟲來說是毒藥,你就不會想毒害你的傳粉者!
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但事實證明,蜜蜂不像其他昆蟲,它們可能像人類一樣享受刺激!無論它們是否享受,它們肯定會記住它!
Wright 等人。“花蜜中的咖啡因增強了傳粉者對獎勵的記憶” 《科學》,2013年。
(哦,是的,需要來點好東西的刺激。來源)
作者首先研究了各種咖啡和柑橘類植物的花蜜中究竟含有多少咖啡因。花蜜中咖啡因的濃度可以達到一杯咖啡的濃度(當然,總體積要小得多)。我開始懷疑未來是否會出現“蜂蜜花蜜”能量飲料。
但問題是,這對蜜蜂有什麼影響?為了研究這一點,論文的作者抓了一些蜜蜂,並訓練它們將花朵的氣味(在本例中,他們使用了 1-己醇,這種氣味更像草的味道,但沒關係)與獎勵配對。然後,他們在混合物中添加了不含咖啡因的物質,或 7 種不同劑量的咖啡因中的一種。
雖然咖啡因對蜜蜂學習任務的能力只有微弱的影響,但它對蜜蜂的長期反應(長達 72 小時)產生了更有趣的影響,你可以看到,接受咖啡因的蜜蜂比只接受蔗糖的蜜蜂記憶這種關聯的時間更長。
但它是如何工作的呢?咖啡因是如何影響蜜蜂的記憶的呢?雖然蜜蜂確實有大腦,但它們的大腦在結構上與我們的大腦並不真正相似。因此,雖然我們有一個與記憶密切相關的海馬體,但蜜蜂沒有。相反,它們有一種叫做 Kenyon 細胞的東西,它以類似於海馬體的方式幫助組織學習過程中的訊號。而這些 Kenyon 細胞也具有腺苷受體,咖啡因透過這些受體發揮作用。
科學家們假設咖啡因可能作用於 Kenyon 細胞,從而產生他們在蜜蜂記憶中觀察到的影響。當他們施用咖啡因並從 Kenyon 細胞記錄時,他們發現咖啡因作用於腺苷受體,導致 Kenyon 細胞發生小的去極化,使其更容易放電。
但當然,咖啡因在高劑量下是有毒的,對人類和蜜蜂都是如此。咖啡因在低劑量下可能對蜜蜂有幫助,但在高劑量下會殺死它們。但作者發現,蜜蜂的口器上有可以感知咖啡因的區域,很容易避開高濃度的咖啡因……但低濃度的咖啡因則不然。
因此,咖啡因可以幫助蜜蜂記住並返回含有咖啡因的花朵。這對花朵來說是一個非常好的技巧!但我還想在這裡看到一些叫做位置偏好的東西,這可以在蜜蜂身上完成。 位置偏好將特定位置與可能獎勵或不獎勵的東西聯絡起來。例如,在小鼠中,你使用一個雙腔裝置,將一側與藥物(比如咖啡因!)配對,另一側與鹽水配對。經過幾次配對後,你將小鼠放在兩個腔室之間,看看它在哪個腔室花費的時間更多。如果小鼠喜歡這種藥物,它會在那一側腔室花費更多的時間。這就是位置偏好,通常與藥物的獎勵特性相關。
我認為用蜜蜂來做這件事是可能的,它們具有出色的空間導航能力,顯然它們也具有與之相關的長期記憶。我們知道它們會記住含咖啡因的花朵……但它們更喜歡這些花朵嗎?答案將是一個明確的答案,咖啡因讓蜜蜂不斷光顧!
但目前的發現本身也已經非常有趣了。這意味著咖啡因不僅僅是一種植物殺蟲劑,它也可能在讓蜜蜂不斷返回中發揮作用!如果蜜蜂更好地記住了花朵的位置,它就更有可能返回。這意味著植物可能會從給蜜蜂一點刺激中獲得好處。
Wright, G., Baker, D., Palmer, M., Stabler, D., Mustard, J., Power, E., Borland, A., & Stevenson, P. (2013). 花蜜中的咖啡因增強了傳粉者對獎勵的記憶 《科學》,339 (6124), 1202-1204 DOI: 10.1126/science.1228806