为什么有的动物也可以进行光合作用?

自然 2018-06-30

我们一直以为,进行光合作用似乎一直是植物的特权,曾经想过要是人类也能进行光合作用那得节约多少资源,而且不用再拉便便以排出废物残渣,只是人类的肤色也会因此变成绿色。大自然的创造让人惊艳不已,你知道吗?不是只有植物能够进行光合作用,下面这3种奇特的动物都会光合作用哦~


1、叶羊(海蛞蝓)


为什么有的动物也可以进行光合作用?


海蛞蝓[kuòyú](costasiella kuroshimae),或者可以简称它为“叶羊”(英文简称:Leaf Sheep,国内也称海兔)。


为什么有的动物也可以进行光合作用?


身体软绵绵的,像是披上有着毛茸茸的触角、还有无辜的小眼睛,萌萌哒的外衣的小绵羊。这种可爱的海洋生物拥有明亮的眼睛和可爱的触角,这让它看起来很像卡通小绵羊。“叶羊”以进食海藻为生——看上去就像真的小羊一样。更让人觉得不可思议的是,“叶羊”只能长到5mm长。


它是甲壳类软体动物家族中的一个特殊的成员。它们的贝壳已经退化为内壳。背面有透明的薄薄的壳皮,壳皮一般呈白色,有珍珠光泽。


为什么有的动物也可以进行光合作用?


一开始,它们并不是绿色的。它们从卵里孵出来之后,在没吃海藻之前,它们一直是透明的,并且与它们的父母长得并不相像。直到吃了藻类之后,它们才会慢慢的变成绿色,发育成熟。


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它们利用装进体内的叶绿素,为自己制造养分。这样海蛞蝓就不用进食了,每天晒晒太阳,即可存活下来。虽然有这项黑科技帮忙,但叶羊并不是吃了一次就可以享用终身的。叶绿体要想执行光合作用,需要各种不同的蛋白。叶羊自己是无法全部合成这么多种不同的蛋白的,而且,随着蛋白的不断消耗,总有一天是会坐吃山空的,所以它要隔三差五的去补充新的蛋白以及叶绿体。


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光合作用的原理:


“叶羊”是世界上少有的可以进行光合作用的动物。当它们进食海藻时,可以吸收食物里面的叶绿素,并将其转化到体内。这个过程被称为盗食质体(kleptoplasty.)。盗食体质只可以在单细胞生物进行,使它们能进行光合作用,得以生存。


2、绿叶海蛞蝓


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绿叶海蛞蝓是一种更为高级的可以进行光合作用的海蛞蝓。与叶羊的不同之处在于,叶羊是对各种藻类都来者不拒的,但是,绿叶海蛞蝓很挑嘴,它们只吃滨海无隔藻(无隔藻属)。叶羊不能做到真正的不吃不喝,但是绿叶海蛞蝓却能只靠幼年吃的藻类存活9-10个月,并且其中不需要吃任何的东西补充。对于夺取来的叶绿素,叶羊的做法是装进细胞里,并定期供给蛋白。但是绿叶海蛞蝓却能夺取基因,并可以让这种基因流传给下一代。但是,绿叶海蛞蝓的寿命只有一年。


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本来我们认为。他们会俘获所吃藻类的叶绿体,储存在自己体内。从而得到光合作用的超能力。但科学家在其胚胎体内也有叶绿体。所以光合作用的基因可能是他们自己产生的。


为什么有的动物也可以进行光合作用?


科学家发现绿叶海蛞蝓能够盗取所吞食海藻中的基因,使自己具有“光合作用”功能,像植物一样从太阳光线中获得能量。


它能够将海藻中的基因合并入自己的染色体中,使其能够进行光合作用。在这一过程中,绿叶海蛞蝓可以进行光合作用,使用太阳能量将二氧化碳和水转变为维持生存的营养物质。


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研究人员认为,很可能这种劫持其它生物基因的方法,用于建立一种治疗人类遗传性疾病的新型医学方案。美国南佛罗里达大学和马里兰大学生物学家西德尼-皮尔斯(Sidney Pierce)教授称,此前我们未发现地球上哪一种动物能够盗取绿藻基因,与自己体内细胞结合在一起,然而绿叶海蛞蝓却实现了。


绿叶海蛞蝓依赖阳光获得营养物质,因此如果它们的食物来源出现问题,只要找到更多的绿藻吞食便不会饿死。研究这种自然基因转移机制可用于研制新一代医学应用。


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绿叶海蛞蝓生活在美国东海岸的浅水池和盐沼之中,通常幼年时期它们体色呈现红褐色,成年体吞食海藻之后会变成亮绿色。


上世纪70年代,科学家开始研究关注绿叶海蛞蝓,它能够结合海藻中的叶绿体进入自己的细胞,使自己的身体变成亮绿色。叶绿体是微小的胞器,存在于绿叶之中,能够采集太阳光线进行化学反应,从而获得植物存活的能量。


绿叶海蛞蝓吸食滨海无隔藻,然后将这种海藻的基因植入自己消化系统中的细胞。之后它们能够使用这些叶绿体制造碳水化合物和脂类物质,供给生命维持9个月。


然而科学家并不清楚绿叶海蛞蝓如何实现长时间维持叶绿体而不需细胞植物的营养供给,皮尔斯和同事分析海蛞蝓DNA发现,它能够将滨海无隔藻的基因与自己的染色体结合在一起。它使用这种基因能够修复叶绿体损伤,并维持其功能性。这种基因与海蛞蝓染色体结合在一起,并将这种能力遗传至下一代海蛞蝓。


3、斑点钝口螈


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这个小可爱是斑点钝口螈。它的背上有毒腺。但这还不是甚么怪事,因为它是唯一的太阳能脊椎动物。


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长久以来,科学家们一直认为只有植物、藻类、一些细菌以及很少的无脊椎动物能通过光合作用直接从阳光中获取能量。现在,据著名的《自然》杂志报道,科学家首次发现了一种能进行光合作用的脊柱动物。


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这种不可思议的动物实际上是一种非常常见的斑点钝口螈(spotted salamander)。具有讽刺意味的是,其实科研工作者对斑点钝口螈一点都不陌生,而且还知道该动物的胚胎和能进行光合作用的藻类有共生关系。然而,这种共生关系一直被认为是外在的,也就是说藻类和斑点钝口螈分别独立工作,然后平等的相互交换产物。


为什么有的动物也可以进行光合作用?


事实证明,科研工作者先前并没有进行足够细致的观察。来自达尔豪斯大学的科学家赖安·科内尔(Ryan Kerney)在研究一批斑点钝口螈的胚胎时发现了与传统的认知不一样的东西——从斑点钝口螈细胞内部发出了明亮的绿色光芒。绿色通常表明叶绿素的存在,它是一种吸收光的能进行光合作用的绿色色素。科内尔还获得了孵化前的斑点钝口螈胚胎的长时间曝光的荧光影像。在经过使用透射电子显微镜(TEM)观察之后,他确认了自己的猜想——那是生长在斑点钝口螈细胞之内的藻类共生体。


为什么有的动物也可以进行光合作用?


实际上,这种藻类共生体经常在线粒体(mitochondria)周边被发现,线粒体是负责为细胞产生能量的一种细胞器。因此,看起来线粒体能够直接从藻类获得氧气和碳水化合物,这正是藻类进行光合作用的产物。


这个科学发现令人惊奇的原因是,所有已知的脊椎动物都有着完善的免疫系统,它能够摧毁进入细胞内的外来非己生物物质。关于斑点钝口螈细胞内的藻类是如何绕开这种内在的生物防御机制的仍然是个谜团。


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更有趣的是,科内尔还发现藻类存在于成年雌性斑点钝口螈的输卵管内,输卵管是胚囊形成的地方。这意味着,很可能共生的藻类是通过生殖过程从母亲传给后代的。


来自加州大学伯克利分校的大卫·威克(David Wake)在听取了科内尔的演讲报告之后说:“我怀疑藻类是否能够进入斑点钝口螈的生殖细胞,这将真正挑战传统的知识体系。”


虽然这是第一次在脊椎动物细胞内发现能进行光合作用的微生物,但是这向我们提出了一个开放性的问题——是否其它的动物也拥有着类似的性状?


发育生物学家丹尼尔·巴克霍尔兹(Daniel Buchholz)说:“我认为只要人们开始认真寻找,我们或许将会发现更多的这种事例......


地球上几乎所有能量都源于太阳~随着生物科技的发展,不知作为食物链顶端的人类,是否有一天能够直接通过太阳获取能量呢?那样就不用吃饭喽~