药明康德，医学&生物学话题优秀答主；药明康德内容团队打造 阅读原文 买回的香蕉在不断成熟的过程中，黄色的表皮会长出豹纹一般的斑点。出现这些斑点时，香蕉进入了更加香甜美味的阶段，同时也提醒我们：如果继续存放太久，这些香蕉就会变质腐烂。 事实上，理解这种生物图案的出现机制，还有着更重要的意义。根据国际可持续发展研究所的数据，2019 年的全球香蕉种植量为 1.17 亿吨，其中 5000 万吨最终被浪费掉。而导致浪费的一个重要原因，就是消费者对于表皮褐变香蕉的抗拒。除了香蕉，其他一些水果也会遭遇褐变的问题。如果能了解并且抑制这个过程，将有助于减少巨大的食物浪费。 最近，在一项发表于Physical Biology的研究中，佛罗里达州立大学的研究团队探索了香蕉褐色斑点形成、扩散的机制。他们通过延时摄影解释了这些斑点是如何在两天之内出现、迅速扩散，随后又停止生长的。 当你仔细观察时，会发现这些褐色区域不会无尽地蔓延，在这些斑点之间仍有大片的黄色区域。领导这项研究的 Oliver Steinbock 教授说：“斑点并未真正入侵过这些区域，它们最终停了下来。这在科学上是很有趣的问题，可以告诉我们关于褐变机制的信息。” 事实上，褐色斑点出现的原因并不复杂。香蕉表皮的酶促进酚类物质的氧化反应，导致产生棕色色素。而棕色斑点的出现，其实包含了细胞程序性死亡的过程。但研究团队想了解的是，这些斑点是如何扩散的，以及为什么会呈现出这种斑点状图案。 ▲一系列图片展示了香蕉在 5 天内的变化（图片来源：Oliver Steinbock/Florida State University） 借助延时摄影，研究团队测定了褐色斑点形成的频率，并揭示了它们在一周内的扩散系数是如何逐渐下降的。借助这些信息，他们开发了用于描述氧化反应速度，以及氧气在果皮中扩散情况的模型。 此前的研究已经告诉我们，褐色斑点起源于果皮上的气孔附近，氧气正是从这里进入果皮。但问题是，香蕉果皮上的气孔要比最终形成的褐色斑点多得多。为什么氧化反应只发生在其中一部分气孔附近呢？ 研究团队提出，有缺陷的气孔允许氧气进入、在表皮上扩散。但果皮很快予以响应，导致棕色与黄色区域之间形成明确的分界线。或许是当有缺陷的气孔崩塌时，氧气停止进入果皮，褐色斑点的扩散也就到此为止。 ▲模拟中斑点出现的位置（图片来源：Oliver Steinbock/Florida State University） 根据这个反应扩散模型，局部的氧气浓度与褐变程度直接相关。斑点的初始氧气浓度取决于斑点的成核时间，之后随着斑点扩散，氧气浓度指数下降。由此，Steinbock 教授也提出了缓解褐变过程的策略：降低局部的氧气含量，来减缓斑点的形成。 “对于食品工业，果实的褐变仍将是一项重大挑战。我们的研究为香蕉斑点的形成建立了模型，它能捕捉这个褐变过程，并应用于缓解食物浪费。” Steinbock 教授总结道。 参考资料： [1] Oliver Steinbock et al, Front-like expansion and arrest of programmed cell death in brown banana spots, Physical Biology (2022). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1478-3975/ac664d [2] Research with a peel: FSU study on banana browning could help tackle food waste. Retrieved May 11th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/952444 [3] Banana spots can help tackle food waste – study finds. Retrieved May 11th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/952151 阅读原文
