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除了植物,谁还能进行光合作用?答案可不是植物人。科学家已经发现,一些神奇的海洋动物有自己的B计划——吸收太阳能来补充能量。
哈佛药学院的学生Christina Agapakis正在做一项实验,看看能否将能光合作用的真菌移植入斑马鱼的受精卵里,让出生的小斑马鱼靠光合作用吸取养分。结果,长出的小鱼还是基本靠食物存活,但它们和真菌都活着,这对于科学家们是个激励人的好消息:也许我们有天能造出靠阳光成长的“太阳能鱼”,为世界食物储备提供一条新路。
这不是异想天开,实际上,世界上有些动物已经能靠光合作用来提供能量了。除了广为人知的珊瑚外,不少海绵、海葵、水螅等都有这种能力,它们有些甚至已在人类的菜单上存在几万年了。
动物获取光合作用的方法有很多。加拿大戴尔豪斯大学的研究者发现,雌性斑点真螈能将藻类细胞通过输卵管传到卵子中。因此,这些藻类不但在卵子外层寄居,甚至能直接住进发育中的小真螈细胞内。在这些细胞里,消耗能量的线粒体会簇拥着藻类细胞,将它们产生的糖分和氧气通通吞下。
既然与光合藻类共生有这样的好处,为什么只有少数动物有这种能力呢?一些研究者认为,这并不是它们不能够,而是不愿意。
首先,要进行光合作用就必须经常接触光;然后要有足够透明度的身体让光线可以通过;另外,它得有足够大的表皮面积来接受光线,像水螅和珊瑚那样的枝状体形是最完美的,或者像片叶子一样扁平也行,比如绿叶海蛞蝓。
而这一条就已经被很多动物否定了。对被捕猎者来说,长时间暴露在阳光下是非常危险的。不过,有些海蛞蝓只需要一点光线就能存活。另一些海绵拥有光纤般的骨骼,同样可以传导光线到体内。
进行光合作用的第二个条件是体内有转化光能的机体。植物靠的是与生俱来的叶绿体,这是动物身上没有的,它们只能另外想办法获取。有些海蛞蝓能通过吃藻类来获取叶绿素,同时将它们储存在自己细胞内。不过,叶绿体如何抵御海蛞蝓的消化液呢?这至今仍是一个谜团。当我们吃下蔬菜后,消化道的酶很快会把叶绿体细胞分解,不然我们早就变成“植物人”了。而动物也是同样的道理。因此,这些特殊的动物还具有一种保存并不损害叶绿体细胞器的非凡才能。
另外,叶绿体要长期正常运转,还需要许多基因的辅助,而这些基因在被吞下肚时就已经跟叶绿体分离了,在动物体内也找不到替代品。因此一些动物需要不断进食藻类,来取代已经失效的叶绿体。但有一种强悍的动物用不着——绿叶海蛞蝓,它只要一次吃饱了,就可以在剩下的十个月日子里靠储存的叶绿体维生。
对此,缅因大学的科学家们专门进行了研究。他们发现,让叶绿体长期工作的方法一是,将整个藻类细胞移植到自己身上,包括植物的细胞核和叶绿体等,可提供这种方便的首推Symbiodinium共生藻,它们为珊瑚、水螅、水母等都能提供太阳能。
方法二是获取能够生成叶绿体的基因,自给自足。研究者们通过放射性跟踪剂观察绿叶海蛞蝓后发现,它不仅偷走了藻类的叶绿体,还弄走了至少一种相关的psbO基因,它能对光合作用必需的一种蛋白质进行编码。因此,绿叶海蛞蝓不但不用再补吃藻类,还能将这种生成叶绿体的基因传给自己的后代。只要这些后代吃进了足够的叶绿体,就能开始光合作用了。在自然界中,这种两个不同物种间横向的基因转移是极为罕见的。
但天底下没有免费的午餐,靠光合作用来存活有点像晒日光浴,晒得太多也会坏事儿。首先,长时间的日晒会给动物带来过高的温度,还有一定的紫外线损伤,所以很多光合动物都生活在水里。而且,要同时利用光能和捕食来补充能量,动物就得带着两套家伙,比如某些海葵,它们的长触须用来捕猎,短的触须则用来给寄居的藻类接触阳光。这些都要求动物们在生活方式和形态上作出妥协。比如说,待在光照充足、水质清澈、温度恒定的地方。
而且,对于一些运动量大的动物来说,阳光产生的能量到底能发挥多久作用?光合作用产生的能量有点像“垃圾食品”——主要是糖分。但动物还需要蛋白质、维他命和矿物质来维持健康,而这些只能通过进食获得。
另外,许多鱼类已经是靠吃植物和藻类生存的,让它们变成“太阳能鱼”的话,在食物产业的经济效益上似乎并没有多大提高,更别提要说服消费者去放心地吃它们了。不过,随着科技的飞速发展,这项工作总会有人继续的,也许某一天,你只要打开灯就可以喂饱自己的宠物鱼了,那不也挺好的?
绿叶海蛞蝓
Elysia chlorotica
这种长得像绿叶的海蛞蝓体形娇小,一般只有1到3厘米,属于软体动物腹足纲。当它们混迹于海中的海藻时,几乎没人能分辨出来。其翠绿的色泽主要归功于它们体内大量的叶绿体,这是从它们吃的海藻中偷过来的。这些叶绿体会被储存在它们的内脏细胞和肠道分支上,以此有足够的面积来接触阳光,从而继续为海蛞蝓转化养分。像叶面般展开的“双翼”就是绿叶海蛞蝓的太阳能电池板,背上的血管则充当着叶脉。
绿叶海蛞蝓刚出生时呈半透明的棕色,缀有红色斑点。在成长的过程中它会不断进食藻类,同时绿色渐渐加深。其他海蛞蝓吸取的叶绿体只能工作几天或几周,而成年绿叶海蛞蝓一旦吃饱了,就能在剩下的十个月生命中不再进食,逍遥自在地靠吃阳光饱。但是,如果不能见到阳光的话,它们只能无奈地枯萎、变黄,最后死亡。
阿克尔扁形虫
Acoel flatworms
这堆白色珊瑚上覆盖的一片片棕黄色东西,叫做阿克尔扁形虫。它们落叶般的色泽来自于其细胞内含有的共生水藻。这种体内水藻一边进行光合作用,一边为自己和宿主提供能量。这类能进行光合作用的扁形虫还有很多,比如亮绿色的Symsagittifera roscoffensis扁形虫,在英法两国的海滩上,经常能见到它们成片成片地躺在沙滩上,看上去就像是海藻。
另外,还有一种锈褐色扁形虫Convolutriloba retrogemma,它们经常被当成水族馆里的观赏动物。
斑点真螈
Spotted salamander
科学家们很久以前就知道,藻类可以附着在某些两栖动物卵的果冻状外层上,两者共同生存。藻类专门吃卵胚胎的废弃物,同时又为卵胚胎提供氧气。
如今他们有了更进一步的发现:在发育完全的斑点蝾螈胚胎体内,可以直接生存一种单细胞藻类。这种奇特的藻类学名为Oophila amblystomatis,它通过光合作用,为房东提供着食物和能量。而这也是世界上首例脊椎动物细胞和藻类共生的实例。
倒立水母
Upside-down jellyfish
倒立水母也叫车轮水母,属于一种叫做“仙后”的海洋群体。之所以会得这个名字,是因为它总喜欢底朝天地躺在浅海滩或红树林的沼泽上。它们通常分布于西太平洋海域。在太平洋科罗岛著名的水母湖,每到中午时分,就能见到水面上浮起密密麻麻的倒立水母,一闪一闪地泛着金光,耀眼而壮观,那是它们正在畅快淋漓地进行日光浴。
倒立水母呈圆盘状,伞部直径可以达到一个盘子那么大。它的水母翼上有车轮状的图案,口脕上有8只触手,像蕾丝花边一样散开。它的体内寄居着一种单细胞虫黄藻。只要触手翻过来对着太阳,这些藻类便能顺利地进行光合作用,同时为水母提供养分。当它们要移动时,又会恢复触手向下的姿势。但它们通常很懒,会大半天一动不动。
绿色水螅
Green hydras
绿色水螅在江河湖泊中是很常见的,它们身上的绿色来源于身上寄生的一种单细胞绿藻。
这种叫Chlorella的小球藻离开了自己的宿主就无法生存,因此它跟绿色水螅可谓同生共死。当水螅的细胞生长时,寄居的小球藻细胞会同时进行分裂。当水螅有性繁殖,而不是通常的出芽式无性繁殖时,这种藻类的细胞甚至会通过它的卵子一同被传递给下一代。
巨人蚌
Giant clam
巨人蚌是蚌类家族里体形最大的,长度可达1米,重250公斤,生长速度也是蚌里的佼佼者。它们有很多成员,图上这种叫做Tridacna maxima砗磲,通常分布于印度-西太平洋热带海洋。它们的能量更多来源于光合作用而不是过滤捕食。在白天,巨人蚌总是把波浪形的厚壳大大张开,伸展出自己的套膜,以便尽可能多地吸收阳光。这些套膜有蓝、粉红、翠绿、棕红等鲜艳色彩和各种花纹,因为上面布满了住着共生藻的细管。这些细管其实是巨人蚌内脏系统的延伸部分,只有住着共生藻时它们才会长出来。
帆水母
By-the-wind sailor
帆水母是水母的亲戚,属于水螅虫纲管水母目。这是一种富有探险精神的动物,它们长着一张充气的帆状浮囊,经常借着海风在海面上到处漂浮,有时甚至能组成宽达100公里的群落。如果它们被热带地区的暴风雨冲到海滩上,你一次可能会捡到上百万只。
在漂游的同时,帆水母会垂下长着刺细胞的触手捕食身边的海洋小动物。而每一只帆水母也是一片小小的殖民地,上面寄居着许多斯克里普藻共生体,为它提供养分。
巨桶海绵
Giant barrel sponge
在加勒比海潜过水的人应该会对巨桶海绵感到很亲切,它们是那里的常住居民。它们学名为Xestopongia muta,看起来就像海里长的一棵棵大树,树干粗的能容下一名潜水员。巨桶海绵细胞内寄居着许多蓝绿藻原核生物。一旦海绵失去了这些共生藻,就会像珊瑚一般漂白脱色,这对于一些海绵来说是周期性的事。其实,巨桶海绵里还住着许多其他共生体,包括不会光合作用的真菌和细菌。一些海绵长着硅质骨骼,它的作用就像光纤一样,可以将阳光导入体内的深层细胞中。
沟迎风海葵
Snakelocks anemone
沟迎风海葵属于腔肠动物门珊瑚虫纲,它们种类繁多,触须中住着共生藻,会随着光线变化和共生藻的不同而改变颜色。它们分布在大西洋东海岸,从地中海一直到英国都能见到。它们特别喜欢住在长满海胆和藻类的岩缝中。许多沟迎风海葵依靠一种叫Symbiodinium的共生藻获取太阳能,而有些海葵身上能同时容纳Symbiodinium和虫绿藻两种。
狮子鱼
Lionfish
狮子鱼属于鲉形目圆鳍鱼科,它们的体形和生活方式简直就是专为光合作用打造的。这种鱼的胸鳍和背鳍长着长长的鳍条和刺棘,在阳光下绚丽斑斓,像是京剧演员背后威风凛凛的护旗,这能让它们的鱼鳍最大限度地接触阳光。它们总是在白天活动,晚上则静静地悬在水中或是缓慢游动,一边用鳍条来围捕猎物。
这种鱼也叫蓑鲉,通常分布于印度洋及太平洋珊瑚礁海域。如果你想伸手逗弄一下它,最好打消这愚蠢的念头。这蛇蝎美人的鳍条上布满了毒腺和毒针,连薄点的手套都能刺破。不小心被它亲吻了的话,神经毒素会引起剧烈的疼痛、肿胀,甚至是抽搐和死亡。
哈佛药学院的学生Christina Agapakis正在做一项实验,看看能否将能光合作用的真菌移植入斑马鱼的受精卵里,让出生的小斑马鱼靠光合作用吸取养分。结果,长出的小鱼还是基本靠食物存活,但它们和真菌都活着,这对于科学家们是个激励人的好消息:也许我们有天能造出靠阳光成长的“太阳能鱼”,为世界食物储备提供一条新路。
这不是异想天开,实际上,世界上有些动物已经能靠光合作用来提供能量了。除了广为人知的珊瑚外,不少海绵、海葵、水螅等都有这种能力,它们有些甚至已在人类的菜单上存在几万年了。
动物获取光合作用的方法有很多。加拿大戴尔豪斯大学的研究者发现,雌性斑点真螈能将藻类细胞通过输卵管传到卵子中。因此,这些藻类不但在卵子外层寄居,甚至能直接住进发育中的小真螈细胞内。在这些细胞里,消耗能量的线粒体会簇拥着藻类细胞,将它们产生的糖分和氧气通通吞下。
既然与光合藻类共生有这样的好处,为什么只有少数动物有这种能力呢?一些研究者认为,这并不是它们不能够,而是不愿意。
首先,要进行光合作用就必须经常接触光;然后要有足够透明度的身体让光线可以通过;另外,它得有足够大的表皮面积来接受光线,像水螅和珊瑚那样的枝状体形是最完美的,或者像片叶子一样扁平也行,比如绿叶海蛞蝓。
而这一条就已经被很多动物否定了。对被捕猎者来说,长时间暴露在阳光下是非常危险的。不过,有些海蛞蝓只需要一点光线就能存活。另一些海绵拥有光纤般的骨骼,同样可以传导光线到体内。
进行光合作用的第二个条件是体内有转化光能的机体。植物靠的是与生俱来的叶绿体,这是动物身上没有的,它们只能另外想办法获取。有些海蛞蝓能通过吃藻类来获取叶绿素,同时将它们储存在自己细胞内。不过,叶绿体如何抵御海蛞蝓的消化液呢?这至今仍是一个谜团。当我们吃下蔬菜后,消化道的酶很快会把叶绿体细胞分解,不然我们早就变成“植物人”了。而动物也是同样的道理。因此,这些特殊的动物还具有一种保存并不损害叶绿体细胞器的非凡才能。
另外,叶绿体要长期正常运转,还需要许多基因的辅助,而这些基因在被吞下肚时就已经跟叶绿体分离了,在动物体内也找不到替代品。因此一些动物需要不断进食藻类,来取代已经失效的叶绿体。但有一种强悍的动物用不着——绿叶海蛞蝓,它只要一次吃饱了,就可以在剩下的十个月日子里靠储存的叶绿体维生。
对此,缅因大学的科学家们专门进行了研究。他们发现,让叶绿体长期工作的方法一是,将整个藻类细胞移植到自己身上,包括植物的细胞核和叶绿体等,可提供这种方便的首推Symbiodinium共生藻,它们为珊瑚、水螅、水母等都能提供太阳能。
方法二是获取能够生成叶绿体的基因,自给自足。研究者们通过放射性跟踪剂观察绿叶海蛞蝓后发现,它不仅偷走了藻类的叶绿体,还弄走了至少一种相关的psbO基因,它能对光合作用必需的一种蛋白质进行编码。因此,绿叶海蛞蝓不但不用再补吃藻类,还能将这种生成叶绿体的基因传给自己的后代。只要这些后代吃进了足够的叶绿体,就能开始光合作用了。在自然界中,这种两个不同物种间横向的基因转移是极为罕见的。
但天底下没有免费的午餐,靠光合作用来存活有点像晒日光浴,晒得太多也会坏事儿。首先,长时间的日晒会给动物带来过高的温度,还有一定的紫外线损伤,所以很多光合动物都生活在水里。而且,要同时利用光能和捕食来补充能量,动物就得带着两套家伙,比如某些海葵,它们的长触须用来捕猎,短的触须则用来给寄居的藻类接触阳光。这些都要求动物们在生活方式和形态上作出妥协。比如说,待在光照充足、水质清澈、温度恒定的地方。
而且,对于一些运动量大的动物来说,阳光产生的能量到底能发挥多久作用?光合作用产生的能量有点像“垃圾食品”——主要是糖分。但动物还需要蛋白质、维他命和矿物质来维持健康,而这些只能通过进食获得。
另外,许多鱼类已经是靠吃植物和藻类生存的,让它们变成“太阳能鱼”的话,在食物产业的经济效益上似乎并没有多大提高,更别提要说服消费者去放心地吃它们了。不过,随着科技的飞速发展,这项工作总会有人继续的,也许某一天,你只要打开灯就可以喂饱自己的宠物鱼了,那不也挺好的?
绿叶海蛞蝓
Elysia chlorotica
这种长得像绿叶的海蛞蝓体形娇小,一般只有1到3厘米,属于软体动物腹足纲。当它们混迹于海中的海藻时,几乎没人能分辨出来。其翠绿的色泽主要归功于它们体内大量的叶绿体,这是从它们吃的海藻中偷过来的。这些叶绿体会被储存在它们的内脏细胞和肠道分支上,以此有足够的面积来接触阳光,从而继续为海蛞蝓转化养分。像叶面般展开的“双翼”就是绿叶海蛞蝓的太阳能电池板,背上的血管则充当着叶脉。
绿叶海蛞蝓刚出生时呈半透明的棕色,缀有红色斑点。在成长的过程中它会不断进食藻类,同时绿色渐渐加深。其他海蛞蝓吸取的叶绿体只能工作几天或几周,而成年绿叶海蛞蝓一旦吃饱了,就能在剩下的十个月生命中不再进食,逍遥自在地靠吃阳光饱。但是,如果不能见到阳光的话,它们只能无奈地枯萎、变黄,最后死亡。
阿克尔扁形虫
Acoel flatworms
这堆白色珊瑚上覆盖的一片片棕黄色东西,叫做阿克尔扁形虫。它们落叶般的色泽来自于其细胞内含有的共生水藻。这种体内水藻一边进行光合作用,一边为自己和宿主提供能量。这类能进行光合作用的扁形虫还有很多,比如亮绿色的Symsagittifera roscoffensis扁形虫,在英法两国的海滩上,经常能见到它们成片成片地躺在沙滩上,看上去就像是海藻。
另外,还有一种锈褐色扁形虫Convolutriloba retrogemma,它们经常被当成水族馆里的观赏动物。
斑点真螈
Spotted salamander
科学家们很久以前就知道,藻类可以附着在某些两栖动物卵的果冻状外层上,两者共同生存。藻类专门吃卵胚胎的废弃物,同时又为卵胚胎提供氧气。
如今他们有了更进一步的发现:在发育完全的斑点蝾螈胚胎体内,可以直接生存一种单细胞藻类。这种奇特的藻类学名为Oophila amblystomatis,它通过光合作用,为房东提供着食物和能量。而这也是世界上首例脊椎动物细胞和藻类共生的实例。
倒立水母
Upside-down jellyfish
倒立水母也叫车轮水母,属于一种叫做“仙后”的海洋群体。之所以会得这个名字,是因为它总喜欢底朝天地躺在浅海滩或红树林的沼泽上。它们通常分布于西太平洋海域。在太平洋科罗岛著名的水母湖,每到中午时分,就能见到水面上浮起密密麻麻的倒立水母,一闪一闪地泛着金光,耀眼而壮观,那是它们正在畅快淋漓地进行日光浴。
倒立水母呈圆盘状,伞部直径可以达到一个盘子那么大。它的水母翼上有车轮状的图案,口脕上有8只触手,像蕾丝花边一样散开。它的体内寄居着一种单细胞虫黄藻。只要触手翻过来对着太阳,这些藻类便能顺利地进行光合作用,同时为水母提供养分。当它们要移动时,又会恢复触手向下的姿势。但它们通常很懒,会大半天一动不动。
绿色水螅
Green hydras
绿色水螅在江河湖泊中是很常见的,它们身上的绿色来源于身上寄生的一种单细胞绿藻。
这种叫Chlorella的小球藻离开了自己的宿主就无法生存,因此它跟绿色水螅可谓同生共死。当水螅的细胞生长时,寄居的小球藻细胞会同时进行分裂。当水螅有性繁殖,而不是通常的出芽式无性繁殖时,这种藻类的细胞甚至会通过它的卵子一同被传递给下一代。
巨人蚌
Giant clam
巨人蚌是蚌类家族里体形最大的,长度可达1米,重250公斤,生长速度也是蚌里的佼佼者。它们有很多成员,图上这种叫做Tridacna maxima砗磲,通常分布于印度-西太平洋热带海洋。它们的能量更多来源于光合作用而不是过滤捕食。在白天,巨人蚌总是把波浪形的厚壳大大张开,伸展出自己的套膜,以便尽可能多地吸收阳光。这些套膜有蓝、粉红、翠绿、棕红等鲜艳色彩和各种花纹,因为上面布满了住着共生藻的细管。这些细管其实是巨人蚌内脏系统的延伸部分,只有住着共生藻时它们才会长出来。
帆水母
By-the-wind sailor
帆水母是水母的亲戚,属于水螅虫纲管水母目。这是一种富有探险精神的动物,它们长着一张充气的帆状浮囊,经常借着海风在海面上到处漂浮,有时甚至能组成宽达100公里的群落。如果它们被热带地区的暴风雨冲到海滩上,你一次可能会捡到上百万只。
在漂游的同时,帆水母会垂下长着刺细胞的触手捕食身边的海洋小动物。而每一只帆水母也是一片小小的殖民地,上面寄居着许多斯克里普藻共生体,为它提供养分。
巨桶海绵
Giant barrel sponge
在加勒比海潜过水的人应该会对巨桶海绵感到很亲切,它们是那里的常住居民。它们学名为Xestopongia muta,看起来就像海里长的一棵棵大树,树干粗的能容下一名潜水员。巨桶海绵细胞内寄居着许多蓝绿藻原核生物。一旦海绵失去了这些共生藻,就会像珊瑚一般漂白脱色,这对于一些海绵来说是周期性的事。其实,巨桶海绵里还住着许多其他共生体,包括不会光合作用的真菌和细菌。一些海绵长着硅质骨骼,它的作用就像光纤一样,可以将阳光导入体内的深层细胞中。
沟迎风海葵
Snakelocks anemone
沟迎风海葵属于腔肠动物门珊瑚虫纲,它们种类繁多,触须中住着共生藻,会随着光线变化和共生藻的不同而改变颜色。它们分布在大西洋东海岸,从地中海一直到英国都能见到。它们特别喜欢住在长满海胆和藻类的岩缝中。许多沟迎风海葵依靠一种叫Symbiodinium的共生藻获取太阳能,而有些海葵身上能同时容纳Symbiodinium和虫绿藻两种。
狮子鱼
Lionfish
狮子鱼属于鲉形目圆鳍鱼科,它们的体形和生活方式简直就是专为光合作用打造的。这种鱼的胸鳍和背鳍长着长长的鳍条和刺棘,在阳光下绚丽斑斓,像是京剧演员背后威风凛凛的护旗,这能让它们的鱼鳍最大限度地接触阳光。它们总是在白天活动,晚上则静静地悬在水中或是缓慢游动,一边用鳍条来围捕猎物。
这种鱼也叫蓑鲉,通常分布于印度洋及太平洋珊瑚礁海域。如果你想伸手逗弄一下它,最好打消这愚蠢的念头。这蛇蝎美人的鳍条上布满了毒腺和毒针,连薄点的手套都能刺破。不小心被它亲吻了的话,神经毒素会引起剧烈的疼痛、肿胀,甚至是抽搐和死亡。