这种动物在晴天里晒晒太阳就吃饱了

作者: 曹倩

来源: 科学大院

发布日期: 2018-11-05

绿叶海蜗牛是一种能进行光合作用的海洋软体动物,它们通过“盗食”藻类的叶绿体,不仅窃取叶绿体为己所用,还能合成新的叶绿素,实现光合作用为自己制造食物。科学家发现了自然界中首例多细胞真核生物之间的水平基因转移,揭示了生物共生现象的复杂性和多样性。

植物利用光合作用获得能量,而动物利用食物获得能量,如果一种生物能两者兼得是不是很美?科学家在自然界里确实发现了一种能进行光合作用的小动物——绿叶海蜗牛(Elysia chlorotica)。它们既能以藻类为食,又能利用共生的叶绿体进行光合作用,简直“混淆”了动物和植物的界限。

绿叶海蜗牛是一种海洋软体动物,它们生活在从加拿大新斯科舍省到佛罗里达南部的沿海海岸的盐沼、海涂和浅湾中。

绿叶海蜗牛以潮间带的滨海无隔藻为食,在进食的时候,它们以用齿舌刺穿藻类的细胞壁,吸食其中的营养物质,包括叶绿体。海蜗牛网络状的肠道系统遍布全身,会留下完整的无隔藻叶绿体就停留在此,把它们放置在遍布全身的网络状的肠道系统里,海蜗牛就可以利用叶绿体进行光合作用为自己制造食物。科学家替海蜗牛这种不同寻常的本领起了一个专有名词,叫做“盗食”。

最近的研究发现,海蜗牛在“盗食”的路上也许走得更远,它们不仅窃取叶绿体为己所用,而且还能合成新的叶绿素,只要有阳光和二氧化碳,海蜗牛就有源源不断的能量来源。实验证实,幼年海蜗牛只需进食足够的滨海无隔藻,之后在不进食的条件下(只提供光照)能够存活9-10个月之久,这基本就是海蜗牛的整个生命期了,野外生活的个体一般能存活8-10个月(真是吃一次饭,管一辈子)。

然而让科学家费解的是,维持叶绿体正常活动需要1000-5000种蛋白质,而无隔藻的叶绿体基因本身只能编辑139个蛋白质,远远不足以支撑叶绿体的基本功能。科学家怀疑,这些蛋白质是由海蜗牛自己的细胞核基因编码的,通过DNA扩增技术(PCR),他们在海蜗牛的体内发现了超过60种藻类细胞核基因,这些基因持续合成维持叶绿体正常活动的蛋白质,例如负责合成叶绿素的酶。

现在我们似乎能看见一个完整的共生故事——绿叶海蜗牛盗食滨海无隔藻的叶绿体,负责光合作用的基因从滨海无隔藻的细胞核转移到海蜗牛的细胞核里,光合作用由无隔藻的叶绿体和海蜗牛的核基因共同实现。科学家宣称他们发现了自然界中首例多细胞真核生物之间的水平基因转移。

海蜗牛与叶绿体的内共生过程中发生的种种奇迹与巧合,还没有人敢说自己能完全还原出其轨迹,但它无疑是大自然又一个令人着迷的杰作。其实胞内共生现象,在自然界相当普遍。例如蓝藻可以共生于真菌、变形虫和和鞭毛虫体内。细菌共生于无脊椎动物的细胞里也是常见的,比如夏威夷短尾乌贼与费氏弧菌的共生。

科学的每一次发现都引发更多的问题,而我们在回答这些问题的时候扩充了人类知识的疆域。或许有一天,科学家们能制造出在植物体外工作的人工叶绿体,直接收获太阳能满足人类的需要,设想一下,我们在晴天里晒晒太阳就吃饱了,省下吃饭的时间和钱……

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