Az életünkben oly nagy szerepet játszó molekula történetéről mostanáig nagyon keveset tudtak a szakértők, ez azonban egy nemrégiben megjelenttanulmánynak köszönhetően jelentősen megváltozott. Egy nemzetközi tudóscsoport ugyanis szekvenálta a kávébab egyik legfőbb forrása, a Coffea canephora nevű növény genomját, és a gének alapján képesek voltak rekonstruálni, hogyan tett szert a cserje a koffeingyártás képességére.

A kávécserje egy xantozin nevű előanyagból állítja elő a koffeint: a növény egy enzimje atomokat választ le a molekuláról, miközben egy másik enzim atomokat kapcsol egy másik részhez. Végül két további enzim újabb kémiai csoportokkal öltözteti fel a molekulát, és végeredményként kialakul a koffein. Bár a folyamat meglehetősen bonyolultnak tűnik, a növény genomjából rekonstruálható, hogyan fejlődött ki.

A koffeingyártó enzimek az N-metil-transzferázok közé tartoznak, amelyek minden növényben megtalálhatók, és változatos molekulák építésében vesznek részt. Az általuk előállított anyagok jelentős része vegyi fegyverként szolgál, vagyis célja a növény megvédése a faj ellenségeivel, például a levelein legelésző állatokkal szemben. Ezen molekulák időnként nagyon hasznosnak bizonyulnak az emberiség számára is, a fűzfa kérgében képződő szalicilsav például az aszpirinben található acetilszalicilsav előanyaga.

A koffein története akkor kezdődött, amikor az egyik N-metil-transzferáz génje olyan mutáción esett át, amely alapvetően megváltoztatta az enzim viselkedését. Később a növények véletlenül megduplázták az új génváltozatot, a másolatok pedig új mutációkon átesve eltérő működésűvé váltak. Gyakorlatilag annak az enzimnek a leszármazottairól van szó, amely először kezdett bele a xantozin-vegyületek alakítgatásába, magyarázza Victor A. Albert, a tanulmány egyik szerzője.

Az igazi meglepetésre azonban nem a koffeingyártás genetikai történeték felgöngyölítésekor derült fény, hanem akkor, amikor a szakértők más növényi fajok ide kapcsolódó génjeivel is összehasonlítottákaz új eredményeket. Kiderült ugyanis, hogy a szintén koffeintartalmú kakaóban a koffein előállítását végző enzimek nem ugyanattól a közös őstől származnak, mint a kávécserje enzimjei. Minden jel arra mutat tehát, hogy a kávé és a kakaó egymástól függetlenül, eltérő utakat bejárva vágott bele a koffein előállításába.

A folyamatot konvergens evolúciónak nevezik, és az élővilág történetében számtalan ponton megfigyelhető volt. A madarak például ujjcsontjaik összenövesztése, és tollaik révén váltak képessé a repülésre több mint 150 millió évvel ezelőtt. A teljesen más fejlődési ágon létező denevérek ezzel szemben csak 60 millió éve növesztettek szárnyakat, amikor ujjcsontjaik megnyúltak, és közéjük membránok feszültek ki. A végeredmény nagyon hasonló, az oda vezető fejlődési út azonban teljesen eltérő volt.

Általában nagyon hasznos adaptációkról van szó, ha több faj is egymástól függetlenül ugyanarra a jellegzetességre tesz szert. A koffein gyártása pedig pontosan ilyen vonásnak tűnik. A vegyület egyrészt felhalmozódik a levelekben, amelyek a földre hullva más növények magvai számára élhetetlenné teszik a környező talajt, így a cserjének elegendő tere maradhat a növekedésre. Az élő növényi levelekben található koffein ugyanakkor hatásos rovarriasztó is, hiszen magas dózisban halálos méreg az apró állatok számára. A mérgezés elkerülése érdekében több rovarfaj is speciális ízreceptorokat fejlesztett ki, amelyek segítenek azonosítani a koffeinben gazdag növényeket.

A koffeint ugyanakkor sok esetben nem elrettentő méregként, hanem éppen ellenkezőleg, csalogatásra használják a növények. A kávécserje és sok más növény kis mennyiségű koffeinnel vegyíti virágjának nektárját. Az ezt fogyasztó rovarok és más állatok a molekula jelenlétében jobban emlékeznek arra, hogy milyen növényen fogyasztották el a nektárt. Az erősebb emlék pedig az ilyen fajta virágok újbóli felkeresésére serkenti az állatokat, így a növénynek nem kell aggódnia a beporzás miatt.

Azt egyelőre nem tudni, hogy a koffein az emberi szervezethez hasonlóan hat-e a rovarok idegrendszerére is. Mindenesetre érdekes egybeesés, hogy esetünkben is jellemző, hogy a molekula nagy mennyiségben káros, kis mennyiségben viszont javítja agyunk működésének hatékonyságát.