Cafeïne is de meest gebruikte psychoactieve substantie ter wereld. Elke seconde worden er meer dan 26.000 kopjes koffie achterover geslagen. Hoewel bij sommigen ook de smaak telt, willen de meesten gewoon goed wakker worden geschud. Nu blijkt dat de koffieplant zo evolueerde om ons gedrag naar haar hand te zetten.
Ontelbaar veel mensen starten de dag met een goede dosis cafeïne. Elke seconde worden er meer dan 26.000 kopjes koffie achterover geslagen, wat het goedje de meest gebruikte psychoactieve substantie ter wereld maakt, zo schrijft The New York Times.
Een internationaal onderzoeksteam ging op zoek naar het hoe en waarom planten cafeïne aanmaken en publiceerden de resultaten van hun studie in het magazine Science. Uit het onderzoek blijkt dat planten zo evolueerden en cafeïne gingen aanmaken om het gedrag van dieren – en indirect ook dat van de mens – te controleren.
Gemuteerd enzym zorgt voor aanmaak cafeïne
Wetenschappers analyseerden de genen van de Coffea canephora, een van de belangrijkste bronnen voor koffiebonen. Op die manier konden zij reconstrueren hoe koffie het biochemische materiaal verkreeg dat nodig was voor de aanmaak van cafeïne.
Voordat cafeïne zijn uiteindelijk vorm bereikt, is het een stof genaamd xanthosine. De koffieplant maakt echter enzymen aan die ergens atomen afbreken en elders clusters toevoegen, waardoor op het einde van het proces de xanthosine volledig is omgebouwd tot cafeïne.
Die enzymen behoren tot de groep N-methyltransferases. Die zijn in alle planten terug te vinden en zorgen voor de opbouw van allerlei andere stoffen die vaak zorgen voor de afweer van vijanden van de planten. Soms zijn die producten ook waardevol voor de mens, zoals salicylzuur dat bij wilgen ontdekt werd en de basis van aspirine werd.
Toen een gen van de N-methyltransferase muteerde, veranderde het gedrag van het enzym, waardoor cafeïne in de koffieplant werd aangemaakt. Het gemuteerde gen werd later per ongeluk gedupliceerd en die kopieën muteerden later in nog andere vormen.
Convergente evolutie
Wetenschappers hadden al vastgesteld dat cafeïne ook in andere planten zoals thee en cacao aangemaakt wordt. Maar het onderzoeksteam ontdekte dat de enzymen verantwoordelijk voor de aanmaak van cafeïne in cacao, niet van dezelfde voorouder afstamden als die in de koffieplant. Beide planten kwamen via verschillende wegen tot hetzelfde resultaat, een proces dat convergente evolutie genoemd wordt.
Als convergente evolutie herhaaldelijk leidt tot de productie van zo’n complex gegeven, is dat gewoonlijk een teken dat het om een krachtige en zinvolle aanpassing gaat. Waarom zou evolutie cafeïne dan zo vaak opnieuw uitvinden?
Concurrentie uitschakelen
Aan de ene kant wordt de stof door planten gebruikt om vijanden te weren. Als bladeren van de koffieplant afsterven en op de grond vallen, komt de cafeïne in de bodem terecht. Dat maakt het voor andere planten moeilijk om op die plaats te kiemen. Op die manier wordt de concurrentie uitgeschakeld.
Ook insecten worden op die manier weggehouden. Hoge doses cafeïne zijn giftig voor insecten, daarom zullen zij vermijden zich te voeden van de bladeren en bonen.
Geheugen verbeteren
Aan de andere kant maken planten gebruik van cafeïne om hun stuifmeel te verspreiden. In hun nectar zijn lage doses cafeïne terug te vinden. Planten maken nectar aan, zodat insecten en andere dieren zich ermee zouden voeden en zo het stuifmeel verspreiden. Maar als insecten zich voeden met nectar waarin cafeïne zit, is het waarschijnlijker dat ze zich de geur van de bloem zullen herinneren. Zo zal het insect de bloem nogmaals bezoeken en het stuifmeel blijven verspreiden.
Eenzelfde molecule wordt zo tegelijk voor een negatief en een positief effect gebruikt, meent neurobioloog Julie Mustard in The New York Times. Het kan misschien toeval van de biologie zijn, dat cafeïne-producerende planten een gelijkaardig effect hebben op de mens – giftig in hoge doses, maar bevorderend voor onze hersenen in lage doses. Maar, zegt Mustard, ‘uiteindelijk manipuleren de planten ons allemaal.’
Fout opgemerkt of meer nieuws? Meld het hier