Wie een peperplantje plaagt krijgt een scherpere vrucht. Dat is chilibiologie

Het is een beproefde truc om eekhoorns, muizen en ratten te weren bij de voertafel voor vogels: voeg een extract van hete peper aan het zaad toe. De knaagdieren blijven weg, alleen de vogels eten rustig door. Vogels zijn in tegenstelling tot zoogdieren niet gevoelig voor de prikkelende stof capsaïcine in hete pepers. Zonder problemen verorberen ze een hele chilipeper.

Hoe pepers hun hitte verwierven is een interessant evolutionair verhaal, dat grotendeels is blootgelegd door de Amerikaanse bioloog Joshua Tewksbury. De vaak felgekleurde rijpe bessen van chilipeperplanten met veel vruchtvlees nodigen uit om gegeten te worden en dat is goed voor de verspreiding van zaden. Althans, dat geldt als ze gegeten worden door vogels, want die slikken de zaden heel door en poepen ze elders uit. Zoogdieren vermalen de zaden tussen hun kiezen waardoor ze niet meer kiemen. Dat capsaïcine specifiek de zoogdiervraat ontmoedigt is daarom heel voordelig voor de plant.

In een veldexperiment in Arizona liet Tewksbury zien dat alleen vogels hele chilipepers aten, waarbij de meeste werden gegeten door krombekspotlijsters (Toxostoma curvirostre). In een vervolgexperiment onderwierp hij cactusmuizen, woestijnratten en spotlijsters aan een vergelijkende voedselproef. Beide zoogdiersoorten aten helemaal niet van een scherpe peper, middelmatige hoeveelheden van een niet-scherpe peper en wel veel van andere bessen (hackberries). De vogels aten alles. Peperzaden die door de zoogdieren waren gegeten (van de niet-scherpe peper) kiemden niet. De zaden die door vogels gegeten waren bleken goed te kiemen, en bovendien juist op een voor de zaailingen voordelige plaats, onder fruitbomen in de schaduw.

Later kwam Tewksbury erachter dat het evolutionaire verhaal nog een diepere laag heeft. Oorspronkelijk evolueerde de productie van capsaïcine volgens hem als verdediging van de plant tegen schimmels. In de gebieden in Zuid-Amerika waar chilipepers zich oorspronkelijk ontwikkelden, leefden ook zaadwantsen die gaten in de chilipepervruchten boorden terwijl de vrucht zich ontwikkelde. Daarbij brachten ze een Fusarium-schimmel binnen. Capsaïcine blijkt de groei van schimmeldraden te remmen en beschermt dus effectief tegen het voortijdig wegrotten van de vrucht. Het bleek toevallig een dubbel voordeel: capsaïcine beschermt de chiliplanten dus zowel tegen de schimmel als tegen de kiezen van kleine zoogdieren.

Dat capsaïcine brandt in de mond komt doordat de stof een hittereceptor activeert. Dat ontdekte de Amerikaanse fysioloog David Julius in de jaren negentig van de vorige eeuw, waarvoor hij in 2021 beloond werd met een Nobelprijs. Julius beschreef hoe de TRPV1-receptor in de celmembraan van zenuwcellen niet alleen actief wordt bij hitte (heel specifiek bij een temperatuur van 43 graden Celsius of hoger) maar ook reageert op capsaïcine. De stof bindt aan het TRPV1-eiwit dat daardoor vervormt en verandert in een zogeheten ionkanaaltje. Dat laat selectief positief geladen ionen (zoals natrium en calcium) de cel in stromen waardoor de elektrische lading verandert. Daarop begint de cel impulsen te sturen naar de hersenen die dat interpreteren als een brandende pijn.

En passant deed Julius ook proeven waarin hij liet zien dat vogels wel een TRPV1-achtige pijnreceptor hebben, maar dat die door een mutatie niet reageert op capsaïcine. Moleculaire steun voor de bevindingen van Tewksbury!

De pijnsensatie van capsaïcine kan heel intens zijn. Lippen, mond en keel kunnen bijna onverdraaglijk gaan branden. Dat leidt tot zweten, tranende ogen, een loopneus en rood aanlopen van het gezicht. Het maag-darmstelsel kan van slag raken. In extreme gevallen kan het leiden tot hoofdpijn en overgeven. Maar het effect is tijdelijk, fysiek richt de stof eigenlijk geen schade aan.

Het alarmsignaal van hitte in de mond maakt ook endorfines en dopamines vrij, wat een gelukzalig gevoel geeft. Het verklaart waardoor mensen op zoek gaan naar steeds scherpere pepers. Daarnaast treedt er bij regelmatig heet eten ook gewenning op. Je went aan het pijngevoel in de wetenschap dat het niet echt kwaad kan en bij voortdurende prikkeling neemt het aantal receptoren af. Ook de voorraad van de neurotransmitter substance P, die nodig is voor de pijngeleiding, raakt bij herhaalde blootstelling aan capsaïcine uitgeput.

De medicinale toepassing van capsaïcine op de huid als pijnstiller tegen chronische zenuwpijn, verwerkt in crèmes of pleisters, maakt gebruik van die gewenning om uiteindelijk effect te bereiken. Het duurt vaak dagen tot weken voordat het gaat werken omdat de zenuwuiteinden eerst nog de branderige sensatie registreren. Maar als die uitgeput raken, wordt het pijnsignaal onderdrukt.

De scherpte van chilipepers wordt gemeten in Scoville-eenheden. De Amerikaanse chemicus Wilbur Scoville bedacht de naar hem vernoemde schaal in 1912 om de scherpte van pepers onderling te kunnen vergelijken. Hij verdunde een extract van pepers met een gelijke hoeveelheid suikerwater, en noteerde hoe vaak zo’n verdunning nodig was om de scherpte er volledig af te halen. Moest hij duizendmaal verdunnen, dan kreeg de peper een Scoville-score van 1.000. Die bepaling was natuurlijk subjectief, en niet heel erg nauwkeurig, maar het gaf wel voor het eerst een mogelijkheid om een rangorde aan te brengen in de grote variëteit aan scherptes. De Spaanse peper heeft bijvoorbeeld een score van 30.000 tot 50.000 Scoville-eenheden, de gele madame Jeanette, populair in de Surinaamse keuken, komt wel uit op 150.000 tot 300.000 Scoville eenheden.

Tegenwoordig kan de hoeveelheid capsaïcine veel nauwkeuriger bepaald worden met moderne meetinstrumenten als de gaschromatograaf. Daarmee kan de scherpte van een peper of een gerecht objectief bepaald worden. De Scoville-schaal heeft daarmee ook een bovengrens gekregen: pure capsaïcine zou uitkomen op 16 miljoen Scoville.

Geïnspireerd door pepper-challenges, waarbij deelnemers strijden om wie de heetste peper durft te eten, zijn veredelaars aan de slag gegaan om de pittigheid van de vruchten tot de max op te voeren. Peper-enthousiastelingen proberen zo heet mogelijke varianten te kweken. De beroemdste is de Amerikaanse kweker Ed Currie, die in 2017 het Guinness Book of World Records haalde met de heetste peper op aarde. Deze zogeheten Carolina Reaper (1,6 miljoen Scoville-eenheden) ontwikkelde hij door twee toch ook al behoorlijk scherpe variëteiten handmatig te kruisen door stuifmeel van de een op de bloem van de ander aan te brengen. Het ging om een Naga Jolokia-peper uit India en een La Soufrière-peper van het Caribische eiland St. Vincent. Inmiddels heeft Curry in 2023 een nog scherpere variëteit ontwikkeld, de Pepper X van 2,69 miljoen Scoville-eenheden, waarmee hij zijn vorige wereldrecord van tien jaar daarvoor verbeterde.

De scherpte van de peper ligt grotendeels genetisch vast, maar ook de groeiomstandigheden zijn van invloed. Lichte stress geeft een extra prikkel om meer capsaïcine te produceren. Voor telers betekent dat: door het plantje te pesten, kun je in theorie de scherpte opvoeren.

Een eenduidig recept is er echter niet. Capsaïcine is het eindproduct van een lange keten complexe bewerkingen in de plant. De synthese begint met het aminozuur fenylalanine waaruit in een stuk of zes enzymatische stappen de stof vanillylamine wordt opgebouwd. Op dat punt komt er een tweede syntheseroute bij waarin de plant een vetzuurstaart heeft voortgebracht. Die beide bouwstenen worden aan elkaar gekoppeld door het enzym capsaïcine-synthase. De informatie voor dat cruciale enzym is gecodeerd in het Pun1/AT3-gen, waarbij de afkorting pun staat voor ‘pungent’, oftewel ‘scherp’.

Bij elkaar zijn er tientallen genen betrokken bij het aanmaken van capsaïcine. Dat verklaart de grote variatie in scherpte bij verschillende soorten pepers, want al die verschillende stappen hebben invloed op het eindproduct. En het verklaart ook waarom sommige nazaten van de oerpeper, zoals de paprika, helemaal niet scherp meer zijn. Bij zoete paprika’s blijkt het Pun1-gen gemuteerd waardoor de vrucht geen goed werkend capsaïcine-synthase meer kan produceren. Interessant is dat de biochemische route voorafgaand aan die cruciale omzetting bij paprikasoorten nog wel intact is. Daardoor zijn via kruising met andere pepers varianten te verkrijgen die wel scherp zijn.

De geschiedenis van pepers als voedingsgewas gaat zeker 10.000 jaar terug, blijkt uit een recente analyse op basis van archeologische, ecologische en etnobotanische analyses. Wilde pepers komen in grote variatie voor in Midden- en Zuid-Amerika en zijn daar ook gedomesticeerd. Plantkundigen onderkennen vijf gedomesticeerde soorten: Capsicum annuum, Capsicum chinense, Capsicum frutescens, Capsicum baccatum en Capsicum pubescens.

De herkomst van pepers leeft ook in de taal voort. Het woord ‘chilli’ stamt uit het Nahuatl, de taal van de Azteken. En dat supermarkten ‘Spaanse pepers’ verkopen, heeft ook een historische reden. Het waren namelijk de Spanjaarden die de scherpe vruchten voor het eerst naar Europa meebrachten. Christoffel Columbus bracht de eerste in 1493 mee terug van zijn tweede reis naar Amerika. Hij noemde ze pepers omdat hij ze vond smaken naar zwartepeperkorrels die in Europa al bekend waren. De peperplanten werden als botanische curiositeiten gekweekt in de tuinen van Spaanse en Portugese kloosters. De monniken experimenteerden met de nieuwe vruchten in de keuken en ontdekten dat het zwarte peper goed kon vervangen als specerij. Dat kwam goed uit, want zwarte peper was in die tijd erg kostbaar, en de nieuwe pepers groeiden als kool en je had er weinig van nodig om de maaltijd op te peppen.

Er ontstond een levendige handel in de pepers, die zich snel over de wereld uitbreidde. Portugese handelaren brachten ze naar Afrika en Azië waar ze al snel werden opgenomen in de lokale gerechten. De nieuwe pepers pasten naadloos in de bestaande culinaire tradities. Bijvoorbeeld in India was men van oudsher al gewend aan heet eten, met curry’s die bereid werden met de scherpte van peperkorrels, gember en mosterd.

Je zou kunnen betogen dat capsaïcine de peperplant wederom een evolutionair voordeel heeft gebracht: de hete peper is door de mens nu over de hele wereld verspreid.