καφεΐνη
Η καφεΐνη που βρίσκεται στον καφέ μπορεί να είναι ένα ναρκωτικό, δεν είναι όμως το προϊόν κάποιου χημικού εργαστηρίου του υποκόσμου, αλλά το αποτέλεσμα εκατομμυρίων ετών εξελικτικής πορείας των φυτών.
Κάθε δευτερόλεπτο, οι άνθρωποι στον κόσμο πίνουν πάνω από 26.000 κούπες καφέ. Και ενώ κάποιοι μπορεί να ενδιαφέρονται μόνο για τη γεύση, οι περισσότεροι χρησιμοποιούν τον καφέ ως μέσο χορήγησης καφεΐνης στο αίμα τους. Η καφεΐνη είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη ψυχοτρόπος ουσία παγκοσμίως.

Πολλοί από εμάς παίρνουν τη δόση καφεΐνης τους από το τσάι, ενώ άλλοι πίνουν μάτε, ένα αφέψημα που προέρχεται από το φυτό Yerba mate της Νότιας Αμερικής. Τα κακαόδεντρα παράγουν επίσης καφεΐνη, με αποτέλεσμα να λαμβάνεις μία μικρή δόση τρώγοντας σοκολάτα.

Η καφεΐνη μπορεί να είναι ένα ναρκωτικό, δεν είναι όμως το προϊόν κάποιου χημικού εργαστηρίου του υποκόσμου, αλλά το αποτέλεσμα εκατομμυρίων ετών εξελικτικής πορείας των φυτών. Παρά την τεράστια όμως επιθυμία μας για καφεΐνη, οι επιστήμονες γνωρίζουν πολύ λίγα σχετικά με το γιατί τα φυτά την παρασκευάζουν.

Μία νέα έρευνα βοηθά ώστε να αλλάξει αυτό. Μία διεθνής ομάδα επιστημόνων έχει αναλύσει την αλληλουχία του γονιδιώματος του φυτού Coffea canephora, που αποτελεί την κύρια πηγή των κόκκων του καφέ. Αναλύοντας τα γονίδιά του, οι επιστήμονες κατάφεραν να αναπαραστήσουν τον τρόπο με τον οποίο ο καφές απέκτησε τον βιοχημικό εκείνο εξοπλισμό που είναι απαραίτητος για την παραγωγή καφεΐνης.

Η νέα έρευνα, η οποία δημοσιεύθηκε πριν από λίγους μήνες στο επιστημονικό περιοδικό Science, ρίχνει φως στο εξελικτικό μονοπάτι αυτών των φυτών, το οποίο τους επέτρεψε να φτιάχνουν καφεΐνη, ως ένα τρόπο ελέγχου της συμπεριφοράς των ζώων, και κατά συνέπεια και της δικής μας.

Η καφεΐνη ξεκινά στο φυτό του καφέ με τη μορφή μιας πρόδρομης ένωσης που ονομάζεται ξανθοσίνη. Το φυτό του καφέ φτιάχνει ένα ένζυμο που κόβει ένα μέρος της ξανθοσίνης, ένα δεύτερο ένζυμο που προσθέτει ένα πακέτο ατόμων σε ένα άλλο σημείο, ενώ δύο ακόμα ένζυμα προσθέτουν δύο ακόμα ομάδες ατόμων. Με την ολοκλήρωση αυτής της διαδικασίας η ξανθοσίνη έχει μετατραπεί σε καφεΐνη. Μπορεί αυτός ο μηχανισμός να φαντάζει εξαιρετικά περίπλοκος, η νέα όμως έρευνα πάνω στο γονιδίωμα του καφέ προσφέρει μία λεπτομερή ματιά σχετικά με το πώς η εξέλιξη οδήγησε στην ανάπτυξη αυτού του μηχανισμού.

Τα παραπάνω ένζυμα, τα οποία είναι υπεύθυνα για την κατασκευή της καφεΐνης, ανήκουν σε μία ομάδα ενζύμων και αποκαλούνται Ν-μεθυλοτρανσφεράσες. Αυτές οι ενώσεις απαντώνται σε όλα τα φυτά και κατασκευάζουν μία ποικιλία ενώσεων, ενώ πολλά από αυτά λειτουργούν σαν όπλα απέναντι στους εχθρούς των φυτών. Μερικές φορές όμως, τα όπλα αυτά χρησιμεύουν και στους ανθρώπους. Το σαλικυλικό οξύ, για παράδειγμα, το οποίο πρωτοανακαλύφθηκε σε δέντρα ιτιάς, έγινε η βάση της ασπιρίνης.

Η εξελικτική πορεία της καφεΐνης στον καφέ ξεκίνησε όταν το γονίδιο για μία Ν-μεθυλοτρανσφεράση μεταλλάχθηκε, αλλάζοντας τη συμπεριφορά του ενζύμου. Αργότερα, τυχαία, τα φυτά αναπαρήγαγαν το μεταλλαγμένο γονίδιο, δημιουργώντας νέα αντίγραφα. Αυτά τα αντίγραφα στη συνέχεια μεταλλάχθηκαν επίσης σε άλλες μορφές.

«Είναι όλα τους απόγονοι ενός κοινού προγόνου-ενζύμου που ξεκίνησε να "τα βάζει" με τις ενώσεις ξανθοσίνης» λέει ο Βίκτορ Αλμπερτ, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Μπάφαλο και ένας από τους ερευνητές της παραπάνω έρευνας.

Παρότι οι επιστήμονες είχαν ήδη επιβεβαιώσει σε άλλα φυτά, όπως στο τσάι και το κακάο, ότι η καφεΐνη παράγεται από Ν-μεθυλοτρανσφεράσες, αναλύοντας το γονιδίωμα του καφέ, ο δρ Αλμπερτ και οι συνεργάτες του, μπόρεσαν να κάνουν μία πιο λεπτομερή σύγκριση των γονιδίων σε διαφορετικά είδη. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι στο κακάο, τα ένζυμα που κατασκευάζουν καφεΐνη δεν εξελίχθηκαν από τους ίδιους προγόνους με αυτά του καφέ.

Με άλλα λόγια, το φυτό του καφέ και του κακάο ακολούθησαν διαφορετικά εξελικτικά μονοπάτια για να φτάσουν στον ίδιο προορισμό. Οι εξελικτικοί βιολόγοι αποκαλούν αυτή τη διαδικασία συγκλίνουσα εξέλιξη.

Τα πουλιά, για παράδειγμα, ανέπτυξαν φτερά πριν από περισσότερα από 150 εκατ. χρόνια, όταν τα κόκαλα των δαχτύλων τους προσκολλήθηκαν μεταξύ τους και έβγαλαν πούπουλα. Οι νυχτερίδες, από την άλλη, ανέπτυξαν φτερά πριν από περίπου 60 εκατομμύρια χρόνια, όταν τα δάχτυλά τους επεκτάθηκαν και καλύφθηκαν από μεμβράνες.

Οταν η συγκλίνουσα εξέλιξη παράγει τα ίδια περίπλοκα χαρακτηριστικά πάνω από μία φορά, αυτό αποτελεί συνήθως σημάδι μιας πολύ χρήσιμης προσαρμογής. Πειράματα σε φυτά καφέ παρέχουν κάποιες ενδείξεις σχετικά με το γιατί η εξέλιξη θα μπορούσε να οδηγείται ξανά και ξανά στη δημιουργία της καφεΐνης.

Οταν τα φύλλα του καφέ πεθαίνουν και πέφτουν στο χώμα, μολύνουν το έδαφος με καφεΐνη, δυσκολεύοντας άλλα φυτά να φυτρώσουν, εξουδετερώνοντας έτσι τον ανταγωνισμό.

Τα φυτά του καφέ χρησιμοποιούν επίσης την καφεΐνη για να απωθούν τα έντομα, τα οποία, σε αντίθετη περίπτωση, θα τρέφονταν από τα φύλλα και τους σπόρους του. Σε μεγάλες δόσεις, η καφεΐνη μπορεί να γίνει τοξική για τα έντομα, τα οποία, εξαιτίας αυτού, έχουν αναπτύξει υποδοχείς γεύσης που τα βοηθούν να αποφεύγουν την πρόσληψη καφεΐνης...