解碼糖的成癮性

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是否思考過為什麼大家都愛吃糖呢？

是因為糖能為我們帶來能量嗎？

還是只因為糖很甜，大家都愛甜味而已嗎？

耶魯大學的團隊，透過偵測大鼠大腦的基底節（basal ganglia)的紋狀體區（striatal areas）的多巴胺（dopamine）分泌後發現，紋狀體區的背側（dorsal striatal sector，DS）負責對糖的能量進行反應，而紋狀體區的腹側（ventral striatal sector，VS）則負責對糖的甜味進行反應。

當以葡萄糖餵食大鼠時，大鼠的紋狀體背區與紋狀體腹區都分泌多巴胺；而以人工甘味（蔗糖素，sucralose，為所有人工甘味中口味最接近天然糖的）餵食大鼠時，大鼠只有紋狀體腹區分泌多巴胺。而當研究團隊以苦味劑苯甲地那銨（denatonium benzoate，全世界最苦的化合物，即使只有10 ppm 時也可以感覺到苦味）遮蓋了糖的甜味時，大鼠只有紋狀體背區分泌多巴胺。

苯甲地那銨。圖片來源：wiki

大鼠究竟愛能量還是甜味多呢？研究團隊讓大鼠在只有人工甘味的溶液與加了苦味劑的糖，發現大鼠寧可吃加了苦味劑的糖！這個現象在飢餓的大鼠上尤其明顯。

當然，獲取能量是生存所需，所以要選擇時，當然能量優先囉～不過，研究團隊想更進一步了解，究竟這個行為是否真的與神經有關嗎？

由於多巴胺分泌會使得D1r神經元興奮程度上升，研究團隊將大鼠的紋狀體腹區或背區的D1r神經元去除，再觀察這些大鼠的飲食行為。

結果發現，在面對美味但不營養或營養但不美味的選擇時，紋狀體背區去除的大鼠會選擇美味；而控制組以及紋狀體腹區去除的大鼠，則都選擇了營養。

類似的反應也在果蠅裡觀察到，顯示能量的獲取是所有生物的頭號重點。

由於碳水化合物是生物能量獲取的第一順位，因此我們在演化的長河裡學會了喜愛甜味。只是沒想到在我們的腦中，還是將對於糖的能量與甜味進行反應的腦區給分開了。

看到這裡，大家是否好奇，為何我們的腦要把甜味與能量分開反應呢？難道天然的糖也有徒具甜味但沒有能量的？

是的！我們平常攝食的糖是D構形（D-form），它的鏡像異構物L構形（L-form）雖有甜味，但它是不會產生能量的；而由甜菊（Stevia rebaudiana）所產生的甜菊糖苷（steviol），也是徒具美味但不產生能量的天然化合物喔！當研究團隊餵食大鼠L構形的葡萄糖時，大鼠的紋狀體只有腹區分泌多巴胺，背區就不會分泌呢！

（本文版權為台大科教中心所有，其他單位需經同意始可轉載）

參考文獻：

Tellez L.A. et. al., 2016. Separate circuitries encode the hedonic and nutritional values of sugar. Nature Neuroscience.

昆蟲界的奴役行為

許多昆蟲被寄生蜂寄生後都會出現行為的改變，如2014年在泰國新發現的蟑螂的寄生蜂Ampulex dementor，牠會將毒素注射在蟑螂的神經節，使蟑螂成為僵屍狀態。 僵屍蟑螂接著會乖乖地被拉進去寄生蜂的窩裡，成為寄生蜂的食物（參考影片連結）。

突尾艾蛛（Cyclosa conica）。圖片來源：wiki

而與突尾艾蛛同屬（Cyclosa）的蜘蛛，原本就會結兩種不同的蜘蛛網，捕蟲用的、有很多黏絲的網；以及沒有黏絲的「resting web」。通常這一屬的蜘蛛，只會在休息或是蛻皮的時候才會結這種蛛網。

不過，當牠們被寄生蜂（Reclinervellus nielseni）寄生後，會幫寄生蜂結網，然後自己跑到網的中心去形成類似繭（cocoon）的構造。

當牠被寄生蜂寄生後，所結的蛛網是類似於resting web的構造：沒有黏絲、只有主線。與平常不同的是，這個resting web並非重新建造，而是從原來有黏絲的蛛網改造。被寄生的蜘蛛很有耐心地把黏絲一根根拿掉，以不黏的絲取而代之；同時，也會在不黏的主線上多加幾根蛛絲，好把主線的強度增強。

最後，蜘蛛還會幫這個網子加上許多絲狀裝飾。這些裝飾可以反射光線，防止冒冒失失的昆蟲撞爛這個網子。

等大功告成，蜘蛛就會跑到蛛網的中心，給自己作個類似繭的構造。原本，只有過冬的蜘蛛才會作繭；不過被寄生的蜘蛛這時候已經不管季節了。最後，新的寄生蜂會從蜘蛛體內出來。

究竟這些寄生蜂是怎麼控制牠們的寄主的呢？或許日本紫灰蝶（Narathura japonica）的幼蟲可以提供我們一些線索。日本紫灰蝶（Narathura japonica）的幼蟲可以利用位於自己屁屁的蜜腺（dorsal nectary organ）的分泌物來控制螞蟻（Pristomyrmex punctatus）。
螞蟻吃了蜜腺的分泌物以後，這些螞蟻就會負責保護日本紫灰蝶的幼蟲，使牠們不受寄生蜂與蜘蛛的侵害。

螞蟻與日本紫灰蝶幼蟲。圖片來源：Science Now

科學家發現，原本螞蟻應該要到處找食物的；但是當牠們吃了日本紫灰蝶蜜腺的分泌物以後，螞蟻不再到處跑來跑去，而是停留在日本紫灰蝶幼蟲的附近，擔任衛兵。

分析這些螞蟻的大腦發現，牠們大腦的多巴胺（dopamine）比沒有吃過分泌物的螞蟻要少，日本紫灰蝶可能是用這種伎倆，使得螞蟻對牠唯命是從。

究竟這分泌物裡面有什麼呢？ 原本科學家們以為是蔗糖，而且食用蔗糖的螞蟻也的確有多巴胺下降的現象；但是兩組對照組（沒有吃到蜜腺分泌物但是接觸到幼蟲的、以及沒有吃到蜜腺分泌物也沒有接觸到幼蟲的）也都有食用蔗糖，卻沒有站衛兵或行動減少的現象。而過去對果蠅的研究發現，利血平（reserpine）可使多巴胺濃度下降，讓這些螞蟻食用利血平也有類似的效果；但是，食用利血平的螞蟻體內的多巴胺與血清素（sertonin）反而上昇，但食用日本紫灰蝶蜜腺分泌物的螞蟻，體內的血清素濃度並沒有變化，而只出現多巴胺下降的現象。究竟這分泌物裡面有什麼，還需要更多的研究。

（本文版權為台大科教中心所有，其他單位需經同意始可轉載）

參考文獻：

Ram Gal, Frederic Libersat. 2008. A Parasitoid Wasp Manipulates the Drive for Walking of Its Cockroach Prey. Curr. Biol. 18（12）877–882.

Tsuji K. et. al., 2015. Lycaenid caterpillar secretions manipulate attendant ant behavior. Current Biology. 25: 1-5

Keizo Takasuka et. al., 2015. Host manipulation by an ichneumonid spider ectoparasitoid that takes advantage of preprogrammed web-building behaviour for its cocoon protection. J. Exp. Biol. 218:2326-2332.

大熊貓如何轉葷為素（二）

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我們上次提到大熊貓轉葷為素的第一個關鍵，就是失去了感應鮮味的能力。但是就像一位讀者提出的（筆者也覺得是這樣），食不知味也未必就要改行吃素啊？我們感冒的時候，偶而也會食不知味，但也不見得就會改吃素。這是第一個疑點。

另一個疑點是，大熊貓失去感應鮮味的能力，大約發生在420萬年前；但是牠在大約700萬年前就開始嘗試竹子，而且還吃不少。而直到200-240萬年前，大熊貓才開始幾乎只吃竹子。所以，大約有380萬年的時間，大熊貓還是吃得出鮮味的；而在失去嚐出鮮味的能力之後，也還有快兩百萬年的時間，牠並不光吃竹子。

到底發生什麼事呢？科學家想到，我們有所謂的食慾獎勵機制（appetite-reward circuitry），主要是有賴於類鴉片（opioid）與多巴胺（dopamine）來啟動，是否大熊貓的食慾獎勵機制出了問題？

中國與日本科學家所組成的研究團隊，因此展開了一場「找基因」的研究。由於大熊貓的基因已經在2010年定序完成，因此經過序列比對，研究團隊找到了六個與多巴胺代謝有關的基因。

深入研究這六個基因之後發現，其中一個，簡稱為COMT（catechol-o-methyltransferase），在大貓熊中竟然有突變！

多巴胺的分解。圖片來源：wiki

COMT與多巴胺的分解有關，負責將DOPAC（3,4-dihydroxyphenyl-acetic acid）分解為HVA（homovanillic acid）（見上圖）。研究團隊發現的突變，使得大熊貓的COMT少了四個氨基酸，也造成第四個α螺旋（α4 helix）消失。由於第四個α螺旋需要跟位於另外兩處的兩個氨基酸共同與COMT的受質SAM（S-adenosyl-L-methionine）接觸，少掉了這個螺旋，對COMT本身的酵素活性影響應該很大。

而進一步分析COMT以及其他與多巴胺分解相關的基因又發現，COMT基因的表現量可能不高，因為它的轉譯（translation）信號頗弱。轉譯信號（Kozak motif）位於基因的第一個密碼的周圍，是提供給核糖體辨認的信號；如果一個基因的轉譯信號弱，就代表能被轉譯出來（產生蛋白質）的機會較低。加上COMT基因裡面有微小RNA（microRNA）的辨認序列，會使得COMT的信息RNA（mRNA）被分解得更快。因此，研究團隊認為，所有這些證據指向：COMT在大熊貓體內表現量偏低。

由於COMT主要功能是分解多巴胺，COMT基因缺損與表現量偏低應該會造成多巴胺濃度上昇。但是，多巴胺濃度上昇究竟會造成食慾變好或是變壞？COMT基因缺損的小鼠，食慾是變得更好而不是變得更差；人類的COMT缺損產生的症狀則相當複雜。無論如何，應該要進一步檢驗大熊貓的體內的多巴胺濃度才是。

所以，究竟大熊貓為何轉葷為素呢？所有這些研究結果，包括失去感應鮮味的能力以及多巴胺代謝障礙，都只能回答一小部分的問題；或許竹子裡面有可以提高多巴胺的化合物，或許當地曾發生氣候變遷，造成在一段時間中，大熊貓只能吃竹子？這些問題都需要更進一步的研究去協助解答，而有些問題可能不太容易找到答案呢！

參考文獻：

Jin K, Xue C, Wu X, Qian J, Zhu Y, et al. (2011) Why Does the Giant Panda Eat Bamboo? A Comparative Analysis of Appetite-Reward-Related Genes among Mammals. PLoS ONE 6(7): e22602. doi:10.1371/journal.pone.0022602