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王大虎:依靠叶绿体生活的动物

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依靠叶绿体生活的动物

 

最新一项研究发现,通体碧绿的海蛞蝓(sea slug)似乎是动物与植物的混合体——这是科学家发现的第一种可生成植物色素叶绿素的动物。

 

图059 海蛞蝓似乎是动物与植物的混合体

(图片及参考资料来源:《可生成叶绿素的动植物混合体海蛞蝓》中华网论坛,2010年1月15日,图片由美国南佛罗里达大学生物学家西德尼-皮尔斯(Sidney Pierce)提供)

海蛞蝓看上去从其吃掉的藻类身上获取了令这种技能成真的基因。利用“窃来”的基因,它们可以进行光合作用——植物利用这一过程将阳光转化为能量。美国南佛罗里达大学生物学家西德尼-皮尔斯(Sidney Pierce)说:“这种海蛞蝓可以在不吃东西的情况下,生成含有能量的分子。”叶绿体是海蛞蝓凭借自身力量所不能生成的。海蛞蝓这一成就堪称壮举,科学家迄今尚不清楚这种动物是如何盗用所需要的基因的。皮尔斯说:“一个物种的DNA进入另一个物种体内肯定是有可能的,这些海蛞蝓就是典型例证。但具体机制尚不得而知。”

 

图060 百万水田与藻类共生(图片来源:微图网)

在西太平洋的帕劳X岛,有一个湖,由于湖面封闭,一个直径约200米的小湖里,密密麻麻地X居着数亿只水母。为了满足饮食需要,这些水母改变了捕捉小鱼虾的习惯,转而在体内豢养了一些单细胞藻类植物。

藻类分泌的营养供水母用,这些藻类植物需要日光进行光合作用制造有机物质,豢养它们的水母也养成了一种强烈的趋光本能。水母会随着太阳运行轨迹行动,早上在东面,下午又来到西面,这种日常迁徙方式的确令人赞叹不已。而到了晚上,一XX水母会潜入45英尺(约合13米)深的水下,摄取营养丰富的细菌,这是其体内的藻类生存所必需的东西。

科学家发现了首类能够像植物一样通过吸收阳光进行光合作用为自己提供能量的动物,这种名为豌豆蚜的昆虫可以吸收阳光为自身新陈代谢提供能量。如果后续的试验表明该种昆虫确实具备类似光合作用的能力,那么这一发现将会成为生物学的一个重大突破。

2010年,亚利桑那大学生物学家南希·莫兰和泰勒·贾维克发现豌豆蚜可以像植物一样为它们自己生产类胡萝卜素,产生这种现象的原因是一种真菌基因进入它的体内后被复制了。这种色素广泛存在于动物体内,所有已知的动物都通过吃植物、藻类生物或者其他动物来获得这种色素,而豌豆蚜可以像植物一样自己生产。

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研究团队对豌豆蚜体内的三磷酸腺苷浓度进行了测试,结果表明,绿色豌豆蚜比白色豌豆蚜会制造更多的三磷酸腺苷,而且橙色豌豆蚜在阳光下产生的三磷酸腺苷比在黑暗环境中要多得多。研究者还捣碎了橙色的豌豆蚜并且清空了它们体内的类胡萝卜素,来证明正是这些类胡萝卜素吸收了阳光并且转化了能量。这些证据都表明这种合成色素对光诱导电子转移系统有作用,在这个系统中豌豆蚜可以从太阳光获得能量。研究人员猜测这种能力也许是这种生物的一种备用能力,当周围环境不足以为它们提供所需资源的时候,它们就会启用这种能力。

 

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图061 豌豆蚜有可能具备一种吸收太阳光用作代谢能量的特殊能力(图片及参考资料来源:《科学家发现首类疑似具备光合作用能力动》新浪科技,2012年08月25日,图片由亚利桑那大学生物学家南希-莫兰和泰勒-贾维克提供。)

 

图062 科学家最新研究证实斑点钝口螈是首例与光合作用藻类体内共生脊椎动物(图片来源:微图网,参考资料来源:《太阳能脊椎生物:斑点钝口螈可进行光合作用》腾讯科技,2012年04月10日)

最新一项研究显示,普通的斑点钝口螈是一种“太阳能脊椎动物”,它们的细胞内存在着可进行光合作用的藻类,彼此间形成共生关系。这是迄今首例脊椎动物体内共生光合作用的微生物现象。

斑点钝口螈的胚胎与光合作用藻类存在着共生关系,然而之前科学家仅认为这种共生关系存在于身体之外,蝾螈与藻类分别交换能量。但达尔豪斯大学科学家赖安—克奈伊(Ryan Kerney)在研究一批斑点钝口螈胚胎时发现一种亮绿色物质源自细胞内部,这种亮绿色指示了叶绿素的存在,它是一种吸收光线可能进行光合作用的绿色素。克奈伊说:“在实验中我对即将孵化的斑点钝口螈胚胎进行长时间曝光呈现荧光图像,通过使用透射电子显微镜法,我证实了自己的观点,藻类的确共生存在于这种蝾螈的细胞中。”

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事实上,自然界生物共生关系经常存在于可生成细胞能量的线粒体、细胞器中,因此很可能线粒体直接收获氧气和碳水化合物,这是藻类进行光合作用的副产物。这项发现之所以令人惊奇是由于所有脊椎动物都拥有适应性的免疫系统,能够自然摧毁它们细胞中的异质生物物质,然而斑点钝口螈细胞中的藻类如何避开这种防御性仍是一个未知谜团。更具有吸引力的是,克奈伊同时发现成年雌性斑点钝口螈的输卵管中也存在着藻类,在这里胚胎体形成于它们的液囊中,这意味着很可能共生藻类是在繁殖期从母体遗传给后代的。

 

 

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