Det er verdens mest populære psykoaktive stoff, konsumert av milliarder hver dag. Vi elsker det så mye, vi sendte en spesiell maskin for å lage den i verdensrommet. Men hittil har kaffe holdt på flere hemmeligheter for å lykkes. Hvordan fikk planten sitt koffeinkick? Hvordan produserer bønnen sin dyrebare aroma og smak? Og kan kaffe faktisk være bra for deg?
Relaterte bøker
Kaffe gal: 140 AHA! Kaffe øyeblikk fra konferanserommet, til kafeen, til kjøkkenet
Kjøpe
The Coffeeist Manifesto: No More Bad Coffee!
KjøpeNå har forskere sekvensert genomet til Robusta kaffe ( Coffea canephora ), som står for omtrent en tredjedel av de svimlende 2, 25 milliarder koppene joe vi drikker hver dag. (Den nært beslektede Arabica-arten fyller de fleste av resten av verdens krus.) Publisert i dag i tidsskriftet Science, en artikkel som beskriver kaffegenomet, sammenligner også plantens genetiske sekvenser med de av vin, tomat og Arabidopsis, en vanlig modellorganisme i plantebiologi, og avslører noen av kaffens unike tilpasninger. Med dette nye verktøyet i hånden, kan videre forskning bidra til å pirre svarene på disse kaffe-gåtene.
Hvorfor ville plantene produsere koffein?
Selv om vi kanskje ønsker vår morgenstøt, er det ikke åpenbart hvorfor kaffeplanten vil utvikle koffein i naturlige omgivelser. Studier medforfatter Victor Albert, en evolusjonsbiolog fra planter ved University of Buffalo, sier at det er tre ledende teorier for å forklare fenomenet.
Koffein kan stoppe planteetere fra å spise bladene. "Koffein bygger seg faktisk ekstremt sterkt i bladene, " sier Albert. Det har til og med vært forsøk på å lage te av kaffeblader, men det smaker ikke noe som kaffe fra bønnene. Det er også mulig at kaffeplanter bruker koffein for å utkonkurrere naboene. "Ideen er at etter at bladene faller, lekker koffein ut i jorden, sammen med andre forbindelser, og hemmer spiring av frø fra andre planter i konkurranse om begrensede ressurser, lys og rom, " sier han. Eller koffein kan tiltrekke pollinatorer ved å gi dem en brum. "Forskning publisert i Science i fjor antyder at koffein beboer pollinatorer. Den handler på dem på en lignende måte som det gjør for oss - gjør at de kommer tilbake for mer, sier Albert.
Selv om svaret på dette mangeårige mysteriet ikke er i den nye studien, kunne det finnes nå som vi har plantens detaljerte genom. "Det ville ikke overraske meg hvis alle disse tre teoriene til en viss grad er riktige, " sier Albert.
Hvordan utviklet koffein seg?
Biologer har mullet over to genetiske ruter til koffeinproduksjon, sier Albert. En idé er at alle blomstrende planter hadde gener til å begynne med, og bare noen få begynte å produsere koffein for alvor. Eller, koffeinbiosyntese utviklet seg flere ganger via unike veier i fjernt beslektede plantegrupper.
Genstudien tar sikkerhetskopi av det andre scenariet. Analyse viser at genene som brygger koffein i kaffe er forskjellige fra de som lager forbindelsen i te og kakao. "Kaffe og te delte sist en felles stamfar for kanskje 100 millioner år siden, " sier Albert. “Kaffe og sjokolade for kanskje 120 millioner år siden. Så vi snakker om planter som har blitt separert i veldig lang tid som uavhengig har utviklet kapasiteten til å lage koffein. ”
Plantene har versjoner av de samme koffeingenene, men små forandringer har utløst store forskjeller i deres biologiske roller. "Generene som koder for koffeinenzym i kaffe har nære slektninger i sjokolade, for eksempel, men i sjokolade lager ikke disse gener koffein, de lager noe annet, " sier Albert. "Det er et stort forskningsområde innen designer enzymkjemi, der folk endrer enzymgrupper på små måter for at de skal ta på seg helt nye funksjoner, " legger han til. "Den typen designerkjemi ble oppnådd ved et uhell av disse koffeinproduserende plantene i naturen."
En civet spiser modne kaffebær ved en plantasje i Indonesia. (Tri Saputro / Demotix / Corbis) Hva gir kaffe den uimotståelige smaken og aromaen?
Koffeinhøyden er ikke kaffens eneste vanedannende egenskap. Det nylig beskrevne genomet åpner også for opprinnelsen til den spesielle smaken og lukten som gjør at folk kommer tilbake for mer. "Studien vår fremhevet gener som lager alkaloidforbindelser, som er kjente bitre smaker, " sier Albert. "Vi fant en annen gruppe anrikede enzymer som lager flavonoidforbindelser, som er et annet smakselement. Vi fremhevet også genene som er involvert i fettsyreveier, så vi har identifisert mange forskjellige genetiske aspekter ved aroma og smak. "
Å finne ut nøyaktig hvilke gener som er ansvarlige for de mest ønskede smaker eller aromaer, kan gjøre det mulig å produsere kaffe som leverer mer av det vi elsker gjennom selektiv avl eller genteknologi.
Kan vi gjøre kaffe sunnere?
Noen av kaffens mange forbindelser, som drikkere gleder seg over å stresse, har egenskaper som fremmer menneskers helse, for eksempel antioksidanter som påstått beskytter celler mot skade. Nyere arbeid antyder til og med koffein i kaffe hjelper folk å beholde nye minner. Men andre kaffekomponenter er mindre enn sunne eller til og med mildt kreftfremkallende. (Det er i det minste en myte at kaffe bedøver veksten din.)
All denne ekstremt kompliserte kjemien kan bli belyst ved genomanalyse, som kan gi grunnlag for avls- eller genetisk manipulasjonsstrategier for å maksimere godene og minimere skaden som finnes i brygget. "Alt som er kjent om kaffe og av interesse kan målrettes genetisk, " sier Albert.
Kan kaffe overleve klimaendringer?
Den kultiverte kaffeplanten ble født i Etiopia, og Afrika er fortsatt sentrum for kaffediversiteten. I dag er anlegget også en viktig kontantavling i Brasil, Vietnam, Indonesia og Colombia. Men denne verdensomspennende produksjonen er avhengig av sorter med relativt lite mangfold, noe som gjør dem sårbare for trusler som sykdom, skadedyr og klimaendringer.
Dani Zamir fra det hebraiske universitetet i Jerusalem håper genomet kan brukes til å øke kaffeavl og holde den populære avlingen blomstrende. "Nøkkelen for å sikre at kaffe kan overleve som en rimelig avling ligger i den genetiske variasjonen som finnes i afrikanske arter, " skrev Zamir i en perspektivartikkel som fulgte studien. Sammenlignet med mange planter, har kaffe veldig spesifikke gener mot patogenresistens, viser genomet, og avslører kanskje et taktisk mål for jordbrukets kamp for å opprettholde sunne avlinger.
Men nylige undersøkelser i Etiopia fant hva Zamir betegnet som "en alarmerende hastighet for genetisk erosjon av genpoolen på grunn av avskoging kombinert med mangelfull bevaringsinnsats." Han ba om bruk av det nylig sekvenserte genomet som et verktøy for å overvåke og avbøte disse truslene ved å spore genomisk-assistert avlsprosjekter i land som eksporterer kaffe - og dermed sikre en fremtid som inkluderer høykvalitetsbønner for verdens daglige maling.
