最近有版友來函,問為什麼姑婆芋(Alocasia odora)可以讓自己的花的溫度提高,好吸引採蜜的昆蟲。
其實學過生物化學的人,大概都知道是怎麼回事,不過對於沒學過生物化學的人,這就有點困難了。
這樣說吧,生物的細胞裡面有粒線體(mitochondria),而粒線體的主要功能是透過燃燒食物分子取得能量(這個過程稱為「細胞呼吸」),然後我們就可以用那些能量來維持我們的基本代謝以及合成新的分子。
這個過程本身就會產生一些熱,因為能量的轉換不可能是100%;這就像我們開車的時候,車子的引擎也會發熱是一樣的。
不過,發熱的植物,如姑婆芋這類天南星科的植物,它們的發熱並不是來自粒線體的一般的細胞呼吸作用,而是走另外的途徑。
細胞呼吸大致上可以分成兩大部分,前面的部分是把食物分子氧化,後面的部分則是把氧化反應取得的電子拿來「充電」:合成ATP(腺核苷三磷酸,大概可以認為是細胞裡的電池)。
這個「充電」的反應正式的名字是「電子傳遞鏈」(electron transport chain),原理就是透過傳遞從氧化食物分子得到的電子,把電子的能量取出來合成ATP。
如果沒有「充電」的這部分,前面不管氧化多少食物分子,都只能拿到一點點能量。所以「充電」的反應對生物非常重要。
那麼,這跟姑婆芋發熱有什麼關係呢?
姑婆芋發熱的機制,是在「充電」的反應這裡,開了一條分支。這條分支大概可以說就是在「偷電」吧!
那姑婆芋偷電要做什麼?用來發熱!這個現象,被稱為「產熱作用」(thermogenesis)。
本來在「充電」的反應裡,所有電子的電力都應該要被拿來充電,但是姑婆芋這類的植物,它們在「充電」反應裝了一條分支,把電偷來發熱。因為電沒有拿去幫電池充電,所以就可以產生大量的熱能。
但是,天南星科的植物,並不是生物界唯一會偷電的植物喔!像臭菘(Symplocarpus foetidus)也會偷電來發熱,甚至可以融化冰雪呢!
然後,我們也有偷電的分子。人類的粒線體中有所謂的UCP(解偶蛋白,uncoupling protein),這個偷電的蛋白,也會把電子傳遞鏈的電偷走,用來發熱。
人類的UCP廣泛存在於我們的棕色脂肪(brown fat)的粒線體中。這種脂肪細胞含有大量的粒線體,因為粒線體裡面含有非常多含鐵的蛋白,導致它們呈現棕色的外觀。
我們的棕色脂肪對維持體溫很重要,這尤其在小貝比的時候更是重要,因為小貝比的體溫調節中樞(位於下視丘)尚未發育成熟,加上一歲以下的小貝比行動能力也非常有限,所以為了避免失溫,小貝比有比較多的棕色脂肪。
這麼多棕色脂肪來發熱,就會讓小貝比的體溫比成人要高,所以台語有句俗諺說「囝仔屁股三斗火」就是這個道理。不過,逐漸長大以後,棕色脂肪就會慢慢變白,只剩少數還是棕色的囉。
而姑婆芋等植物發熱的目的,大都是為了吸引昆蟲過來授粉。這裡的昆蟲,可不見得是蜜蜂、蝴蝶,如臭菘想要吸引的就是蒼蠅喔!其實,為了要吸引蒼蠅,臭菘的花不只是熱的,還是臭的,所以它的英文俗名是「skunk cabbage」,就是形容它臭到跟臭鼬(skunk)一樣臭呢!
參考文獻:
Lehninger’s Principle of Biochemistry.