客观日本

300年谜团被解开,日本研究团队发现猫喜欢木天蓼是为了驱蚊

2021年01月27日 生物医药

本文根据岩手大学成果发布编译整理而成

日本岩手大学农学部的宫崎雅雄教授和该校综合科学研究科的研究生上野山怜子,与名古屋大学研究生院生命农学研究科的西川俊夫教授和京都大学的金子周司教授等人组成的研究团队发现,猫喜好的木天蓼反应是为了把具有驱蚊活性的成分——荆芥醇(Nepetalactol)蹭到身上。

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“木天蓼反应”是指猫嗅到木天蓼后在叶子上摩擦打滚的现象,但此前完全不清楚其生物学意义。在此次研究中,研究团队首先对引起猫的木天蓼反应的活性物质进行了重新验证。在实验中,研究团队利用液相色谱仪分离了木天蓼叶子的提取物并让猫嗅闻,探索了引起木天蓼反应的成分。由此发现,在过去的研究中被忽视的化学物质“荆芥醇”具有引起木天蓼反应的强烈活性。研究人员向猫展示浸染了化学合成的荆芥醇的滤纸后,猫也在上面摩擦面部和头部,并在地板上打滚,表现出了典型的木天蓼反应现象(图1)。

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图1:荆芥醇的化学结构和对猫的活性。A:木天蓼。特点是初夏时部分叶子会变白。B:荆芥醇的化学结构。C:木天蓼反应的一种,在荆芥醇滤纸上摩擦面部的行为。D:木天蓼反应的一种,在地板上打滚的反应。

另外,研究团队还在大阪天王寺动物园和神户市立王子动物园的协助下,让美洲豹、远东豹和西伯利亚猞猁等大型猫科动物嗅闻荆芥醇,发现也会引发木天蓼反应(图2)。作为本研究的第一个重要成果,以上结果表明,作用于猫科动物引起木天蓼反应的重要活性物质是荆芥醇。

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图2:大型猫科动物对荆芥醇的木天蓼反应。神户市立王子动物园里的远东豹(A:阿纽伊,雄,11岁)和天王寺动物园的美洲豹(B:露丝,雌,11岁)也像猫一样,对荆芥醇滤纸表现出满地打滚的木天蓼反应。

猫在木天蓼反应中打滚的现象也被称为木天蓼舞,被认为是猫兴奋陶醉后出现的反应。不过,此前一直没有研究过猫在木天蓼反应中的大脑状态。因此,研究团队接下来验证了与人类感到幸福有关的神经系统之一“μ-阿片类药物系统”是否与猫的木天蓼反应有关。首先向猫展示荆芥醇,诱发木天蓼反应,并在猫发生反应之前和之后分别采血,调查激活μ-阿片类药物系统的脑内神经递质“Β-內啡肽”的血中浓度变化。由此发现,发生木天蓼反应后,血中的Β-內啡肽浓度显著升高,表明μ-阿片类药物系统在发生木天蓼反应中的猫的大脑内发挥了作用。因此,研究团队为猫注射了μ-阿片类药物系统抑制剂纳洛酮,然后再向其展示荆芥醇发现,猫的木天蓼反应得到抑制。作为本研究的第二个重要成果,以上结果首次表明,在发生木天蓼反应中的猫的大脑中,与幸福感有关的神经系统μ-阿片类药物系统被激活。

猫和大型猫科动物大约在1000万年前发生物种分化,之后分别独立进化,由此推测,1000万年以前的猫科动物的祖先就已经获得木天蓼反应。也就是说,木天蓼反应并不单纯是猫兴奋陶醉发生的反应,而是具有某种重要的功能,并遗传给了目前的猫科动物。

因此,研究团队在地板之外的侧壁和笼顶等张贴荆芥醇滤纸,调查了猫的反应。结果发现,猫虽然多次向侧壁和笼顶上的荆芥醇摩擦面部和头部(图3),但没有打滚,只对地板上的荆芥醇才表现出独特的打滚反应。另外还确认,对荆芥醇表现出木天蓼反应的猫的面部和头部附着了荆芥醇。这些结果表明,木天蓼反应中最重要的行为是将荆芥醇蹭到脸上和头上。另外发现,荆芥醇具有驱蚊和杀虫活性(图4A)。研究团队确认,头上涂了荆芥醇的猫和在木天蓼叶子上摩擦的猫不容易被蚊子叮咬(图4B、4C)。作为本研究的第三个重要成果,以上结果表明,猫的木天蓼反应是将具有驱蚊活性的植物成分荆芥醇蹭到身上的重要行为,由此可以保护身体免受携带丝虫等寄生虫和病毒等的蚊子叮咬。

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图3:在侧壁和笼顶张贴荆芥醇滤纸时猫的木天蓼反应。在笼子侧壁(A)和笼顶(B)分别张贴浸染了荆芥醇的滤纸和对照滤纸,观察了猫的反应。猫多次在荆芥醇滤纸上摩擦面部和头部。由此确认,木天蓼反应中最重要的行为是使荆芥醇附着到猫的脸上和身上。

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图4:荆芥醇和木天蓼的驱蚊活性。A:在装有约20只蚊子(雌性亚洲虎蚊)的亚克力箱子中放入涂有荆芥醇的盘子、装有木天蓼叶子的盘子以及单纯的盘子,10分钟后调查了驱蚊率(逃到与箱子相连的袋子中的蚊子数量比)。由此发现,荆芥醇和木天蓼的叶子具有驱蚊活性。B:把涂了500μg荆芥醇的猫和什么也没涂的猫同时放入装有30只蚊子(雌性亚洲虎蚊)的箱子中,10分钟后发现,停留在涂抹荆芥醇的猫身上的蚊子数量比未涂抹的猫少一半。C:把对50g木天蓼叶子发生约10分钟木天蓼反应的猫同样放入装有蚊子的箱子中。停留在发生木天蓼反应的猫身上的蚊子数量也比没有发生木天蓼反应的猫少一半。

本研究揭开了300多年来的谜团,明确了猫发生木天蓼反应的生物学意义。本研究最初只是想知道“猫为何会对木天蓼发生反应?”,研究人员带着这个简单的疑问展开了单纯的基础研究。但随着研究的深入,发现作为强烈的木天蓼活性物质确定的荆芥醇具有驱蚊效果,而且可以激活经由嗅觉控制幸福感和镇痛的μ-阿片类药物系统等,有望用于各种用途。尤其是驱蚊,蚊子可以说是人类的天敌,会传播日本脑炎和寨卡热等多种传染病,因此打算利用荆芥醇开发新的驱蚊剂。

论文信息
题目:The characteristic response of domestic cats to plant iridoids allows them to gain chemical defense against mosquitoes
期刊:Science Advances
DOI:10.1126/sciadv.abd9135

日语发布资料
编译:JST客观日本编辑部

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