貓薄荷是如何保持“吸貓?bào)w質(zhì)”的？

一直打噴嚏、咀嚼、摩擦、翻滾、喵喵叫、前爪抱緊、追逐幻想中的老鼠、呆坐著“干瞪眼”......

這些都是貓咪“嗑”了貓薄荷（Nepeta cataria、catmint）之后可能有的反應(yīng)。而貓薄荷之所以能吸引貓咪，就在于一種成分—;—;荊芥內(nèi)酯（Nepetalactone）。

近日，來(lái)自英國(guó)約克大學(xué)、美國(guó)普渡大學(xué)、佛羅里達(dá)大學(xué)、密歇根州立大學(xué)、德國(guó)馬克斯-普朗克化學(xué)生態(tài)學(xué)研究所的一組研究人員更是發(fā)現(xiàn)了荊芥內(nèi)酯的前世今生。

2020 年 5 月 13 日，該團(tuán)隊(duì)題為 The evolutionary origins of the cat attractant nepetalactone in catnip（貓科動(dòng)物引誘劑荊芥內(nèi)酯的進(jìn)化起源）的論文在線發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）。

貓薄荷如何吸引貓咪？

貓薄荷的歷史相當(dāng)悠久，早在 1753 年便在瑞典生物學(xué)家卡爾·馮·林奈（Carl von Linné）的《植物種志》（Species Plantarum）一書(shū)中第一次擁有了姓名。

實(shí)際上，貓薄荷還有很多名字，比如樟腦草、涼薄荷、巴毛、小薄荷、薄荷、大茴香、小荊芥、香薷等等，為一種荊芥（Nepeta）屬、唇形科植物。

從名字就能看出，貓薄荷對(duì)貓咪有著獨(dú)特的吸引力。實(shí)際上不僅是貓，老虎、豹子、美洲虎（美洲豹）、獵豹、猞猁等貓科動(dòng)物基本上都會(huì)受到這種植物的影響，產(chǎn)生幻覺(jué)。

據(jù)了解，貓薄荷在避免貓咪的孤獨(dú)和抑郁情緒、緩解貓咪壓力方面的確有一定的積極作用。因此目前市面上有不少由貓薄荷填充的貓玩具，貓咪食用貓薄荷也有利于它們把積攢在胃里消化不了的毛球嘔吐出來(lái)，但貓薄荷真正的用途在于驅(qū)蟲(chóng)。

在貓薄荷中，一種名為荊芥內(nèi)酯（Nepetalactone）、外觀類似白色粉末結(jié)晶的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物便是引起貓科動(dòng)物興奮的主要成分。

雷鋒網(wǎng)留意到，貓薄荷對(duì)貓咪起影響的過(guò)程大致為：

在貓咪的嗅覺(jué)上皮中，荊芥內(nèi)酯與一個(gè)或多個(gè)嗅覺(jué)受體結(jié)合，因而大腦中的杏仁體被激活，轉(zhuǎn)化為行為信號(hào)，信號(hào)也會(huì)通過(guò)下丘腦經(jīng)由腦垂體腺調(diào)控貓咪的神經(jīng)內(nèi)分泌反應(yīng)。

下圖為在荊芥屬中發(fā)現(xiàn)的揮發(fā)性荊芥內(nèi)酯立體異構(gòu)體。

而這種最早于 1941 年通過(guò)蒸汽蒸餾法被分離出來(lái)的化學(xué)物質(zhì)荊芥內(nèi)酯，是一種由貓薄荷生產(chǎn)的揮發(fā)性環(huán)烯醚萜（iridoid）。

貓薄荷的“前世今生”

值得注意的是，按照國(guó)際植物命名法規(guī)，綠色植物（包括真菌）共包括 12 個(gè)主要等級(jí)（階元）。其中就包括科（Family）和屬（Genus），屬隸屬于科，一個(gè)科包含一個(gè)或多個(gè)屬。

雷鋒網(wǎng)了解到，荊芥亞科包括不少我們常見(jiàn)的植物，比如羅勒、迷迭香和薄荷。

如下圖所示，研究人員發(fā)現(xiàn)環(huán)烯醚萜存在于許多唇形科植物中，但曾一度在荊芥亞科（Nepetoideae，荊芥屬的亞科）植物的進(jìn)化過(guò)程中消失，但之后又重新出現(xiàn)，并主要以揮發(fā)性荊芥內(nèi)酯的形式出現(xiàn)。

但有個(gè)例外便是荊芥屬，也就是貓薄荷—;—;也就是說(shuō)，貓薄荷一直可產(chǎn)生荊芥內(nèi)酯，而它的一些“近親”卻出現(xiàn)了荊芥內(nèi)酯消失又出現(xiàn)的情況。

基于這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用比較基因組學(xué)、祖先序列重建和系統(tǒng)發(fā)育分析，探討了環(huán)烯醚萜在荊芥屬植物中的生物合成。

具體來(lái)講，研究人員對(duì)兩種貓薄荷和牛膝草（Hyssopus officinalis，不能產(chǎn)生包括荊芥內(nèi)酯在內(nèi)的任何環(huán)烯醚萜）進(jìn)行了基因測(cè)序。

最終，這一研究找到了導(dǎo)致荊芥內(nèi)酯生物合成及其代謝基因簇形成的事件先后發(fā)生的證據(jù)（在 5500 萬(wàn)-6500 萬(wàn)年前失去環(huán)烯醚萜），也便揭示了荊芥屬譜系中類環(huán)烯醚萜的失去-再進(jìn)化機(jī)制。

研究人員發(fā)現(xiàn)，大約 2000 萬(wàn)年前，荊芥屬植物的某個(gè)祖先開(kāi)始進(jìn)化出了兩種酶 ISY 和 NEPS，而這兩種負(fù)責(zé)產(chǎn)生荊芥內(nèi)酯分子的酶只存在于貓薄荷中，任何“近親”植物中都不具有。

正如論文第一作者、約克大學(xué) Benjamin Lichman 所說(shuō)：

我們發(fā)現(xiàn)了一套能產(chǎn)生荊芥內(nèi)酯分子的一套不尋常的酶。這些酶僅僅在貓薄荷中有獨(dú)特的進(jìn)化機(jī)制。當(dāng)我們第一次看到貓薄荷的基因組序列時(shí)，我們意識(shí)到我們假設(shè)的在荊芥內(nèi)酯形成過(guò)程中起作用的重要基因在基因組中是相鄰的。

值得一提的是，荊芥屬已成為研究一類主要防御化合物的丟失-再進(jìn)化的重要模型，這項(xiàng)研究也為酶和基因組進(jìn)化在植物化學(xué)多樣性的起源、消失和重新出現(xiàn)中的相互作用提供了見(jiàn)解。

就像德國(guó)馬克斯·普朗克化學(xué)生態(tài)學(xué)研究所天然產(chǎn)物生物合成系主任 Sarah O'Connor 所說(shuō)：

這為研究植物多樣性進(jìn)化的研究提供了一個(gè)很好的范例。我們現(xiàn)在正試著人為改變荊芥屬植物中的化學(xué)成分。這將幫助我們了解是否我們已經(jīng)完全了解了所有植物進(jìn)化的途徑以及荊芥內(nèi)酯的生態(tài)功能。這反過(guò)來(lái)也可以幫我們揭示導(dǎo)致這一過(guò)程中的生物選擇性壓力。此外，我們也在尋找其他能產(chǎn)生不尋常環(huán)烯醚萜的荊芥屬植物。