罂粟，“毒草之后”的炼成之路……
毒品，是人类社会的大敌。毒品之毒，并不是体现在致死性上，而是体现在成瘾性上，这是比致死性更可怕的性质。
在滥用毒品这个国际性问题上，我们要老实承认，植物在其中扮演了不光彩的角色。很多毒品化合物要么天然存在于植物体内，要么可以由植物合成的天然产物再经过一些简单的加工制成。在这些毒品植物中，毫无疑问，罂粟是影响最大、为害最广的一种，堪称“毒草之后”。
罂粟的花（图片来源：中国植物图像库 作者：周克海）
罂粟（学名Papaver somniferum）是罂粟科的一年生植物。它的花很漂亮，如果不是因为植株能提取毒品的话，本来会是一种很有推广潜力的观赏花卉。
罂粟花谢之后，就结出圆球形的果实来。果实成熟之后，会在顶部裂开许多小口，让种子散出。因为果实的形状很像“罂”这种口小肚大的容器，里面的种子又多又小，像是“粟”（小米），所以古人给它起名“罂粟”。罂粟种子基本无毒，里面富含油脂，还有一种特殊的风味，所以可用来榨油，或是在烘焙之后作为调味品。
越窑蟠龙罂（图片来源于网络）和罂粟的果（图片来源：中国植物图像库 作者：牛余江）
然而，在罂粟的果实还没有成熟的时候，划破它的果皮会流出白色乳汁。乳汁干燥之后会成为黑色的凝胶状物，这就是阿片（opium），它有另一个更为人熟知的音译名是“鸦片”。
阿片中富含有毒生物碱，目前已经分离出30多种，包括吗啡、可待因、蒂巴因、罂粟碱、牛心果碱、罂粟壳碱、斯氏紫堇碱等下文会继续介绍的种类，它们合起来可以占到阿片质量的10–25%。正是这些有毒生物碱，让阿片有一定的治疗疾病的作用，同时也成为危害甚大的毒品和毒品原材料。
生物碱（alkaloid）是主要由植物合成的一类含氮的有机化合物，因为通常呈碱性而得名。生物碱种类繁多，结构各异。细分的话，阿片中的生物碱都属于“苄（biàn）基异喹（kuí）啉（lín）”生物碱。
嗯，我想如果不是专门搞化学的人，看到这种5个字里有3个怪字的名字，都会有一种敬而远之的感觉。其实，比起生物碱的名字来，它们在生物体内的合成过程要有意思多了。简而言之，植物是通过类似搭积木的手法，把简单的分子拼搭起来，从而合成出结构复杂的生物碱的。
对于苄基异喹啉生物碱来说，它的原材料是所有生物体内都有的一种物质——酪氨酸。酪氨酸是20种基本氨基酸之一，不仅是蛋白质分子的基本构成元件，而且可以用来合成很多有用的化学物质。比如在人体内，酪氨酸经过一系列变化，可以用来搭成一种复杂的化合物——真黑素（eumelanin）；真黑素是黑色素的一类，我们的头发、眼睛之所以是黑色，皮肤在日光照射下之所以会变黑，都和真黑素的合成有关。
酪氨酸分子的球棍模型。灰色球代表碳原子，白色球代表氢原子，红色球代表氧原子，蓝色球代表氮原子。左边6个碳构成的六边形结构叫“苯环”。（刘夙 制图）
在酪氨酸的分子中，最显眼的结构就是“苯宝宝”——由6个碳原子构成的苯环。
苯环的一侧接有2个碳原子的“乙基”，乙基第二个碳原子上接有一个氮原子，这9个原子合起来便可以视为酪氨酸分子的基本骨架。就是用这个基本骨架作为“积木”，罂粟搭出了多种类型的苄基异喹啉生物碱。
比如，把一个酪氨酸骨架去掉氮，然后把乙基的第二个碳原子和另一个骨架搭上两根化学键，这就形成了罂粟碱（papaverine）和牛心果碱（reticuline）；利用罂粟碱类的骨架和一个额外的碳原子再搭出一个环来，这就形成了罂粟壳碱（narcotoline）；同样是用两个酪氨酸骨架和一个额外的碳原子，换一种搭法还可以构成斯氏紫堇碱（scoulerine）；而如果把罂粟碱类的骨架弯曲一下，在两个酪氨酸骨架之间搭出第4个环，同时再用一个氧原子搭出第5个环，这就形成了分子结构最复杂的吗啡烷类生物碱——吗啡（morphine）、可待因（codeine）、蒂巴因（thebaine）都属于这一类。
阿片中的几种生物碱，虽然结构各异，但都是由两个酪氨酸骨架（蓝色骨架包含8个碳原子和1个氮原子，红色骨架比蓝色骨架少1个氮原子）拼搭而成。黄色表示拼搭时额外使用的一个碳原子。（刘夙 制图）
在这么多种结构的苄基异喹啉生物碱中，吗啡烷类生物碱的生物活性是最强的。除了有强烈的镇痛、催眠、镇咳和止泻作用，还有很强的成瘾作用。正是这种臭名昭著的成瘾性，让吗啡烷类生物碱成为对人类来说植物合成的最可怕的毒药之一，也成就了罂粟“毒草之后”的地位。
当然，植物合成这些有毒化合物，“目的”并不是为了让人上瘾。因为植物不会动，在面对细菌、真菌、昆虫和大型食草动物的伤害时，它们没法逃避，只能修炼成“放毒高手”，通过合成大量有毒天然产物的方式来防御。生物碱就是它们用来防御的重要化学武器之一。
事实上，被子植物合成生物碱的本领在大约1.5–1.4亿年它们刚出现的时候就有了，那时候还是恐龙繁盛的中生代侏罗纪。如今，被子植物最古老的分支之一木兰类（包括木兰科、番荔枝科、樟科等）就善于合成苄基异喹啉生物碱；上面提到的牛心果碱，最初就是因为从番荔枝科植物牛心番荔枝（Annona reticulata）中分离到而得名。
牛心番荔枝（图片来源：中国植物图像库 作者：徐晔春）
另一个能够大量合成苄基异喹啉生物碱的分支——毛茛目，也是被子植物比较早的分支之一。有证据表明，木兰类和毛茛目的共同祖先应该也是可以合成这类生物碱的，所以才能把这套复杂的本领传给后世这两大“宗族”。至于这个共同祖先的其他后代，倒是失去了这个本事，不过它们大多都学会了合成没食子酸和没食子酸鞣质，在抵御天敌侵扰时，这些物质具有同样强的效力。
相比木兰类来，毛茛目的几个科（毛茛科、小檗科、防己科、罂粟科等）更善于合成生物碱，这可能因为它们多是草本植物和灌木，更容易被动物摄食，强大的外界压力逼迫它们必须加快制毒技术的“研发”。难怪，有大量的传统药用植物都出自这几个科。有了这么好的家族“底蕴”，我们也就不难理解其中为什么会演化出“毒草之后”罂粟了。
风龙碱（右）虽然和吗啡（左）一样，是把罂粟碱类的骨架弯曲一下搭成的，但是它弯曲的方向和吗啡正好相反。（刘夙 制图）
当然，从分类和演化的角度来看，这个“毒草之后”的名头还是经过了一番角逐的。
上面说到，吗啡烷类生物碱特殊的结构，是通过把罂粟碱类的骨架弯曲一下搭成的。防己科植物［比如中国有分布的风龙（Sinomenium acutum）］也独立地学会了这种搭积木的方法，但是很可惜，它把分子弯反了方向，最后合成出来的风龙碱（清风藤碱，sinomenine）并没有成瘾性，于是在这场和罂粟科的演化竞争中“落败”。
风龙（Sinomenium acutum，刘夙摄于日本奈良万叶植物园）
即使是罂粟所在的罂粟属植物，也不是个个都像罂粟这样能合成吗啡烷类生物碱。整个罂粟属有大约100种植物，其中，只有罂粟和大红罂粟（Papaver bracteatum）有这样的本事，而大红罂粟也只能合成蒂巴因，不能合成成瘾性强得多的吗啡和可待因。不过，正因为其他罂粟属植物（比如虞美人）没有这种能力，它们才能成为广泛栽培的观赏植物——虽然每年开花的时候，它们都会被人误认成罂粟，结果虚惊一场。
虞美人（左，图片来源：中国植物图像库 作者：周繇）和罂粟（右，图片来源：中国植物图像库 作者：李敏），虞美人和罂粟的最大区别就是虞美人全株有毛，罂粟全株光滑无毛
就这样，先是毛茛目的祖先从被子植物更古老的祖先那里继承了苄基异喹啉生物碱的合成方法；然后，防己科和罂粟科在生物碱合成上展开竞争，都想出了扭曲分子搭建新环的点子，但最终防己科还是竞争失败；接着，罂粟属里面的两个种又相互比赛，最后便决出了“毒草之后”——罂粟。
最后，请千万不要忘记，中国严禁任何违反政府规定种植罂粟的行为，即使数目较少，如果种到结出果实，也可能遭到拘留或处以罚金；如果数目在五百棵以上，更是属于犯罪行为。珍爱生命，远离毒品。
本期科学主编：刘夙（上海辰山植物园）
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