人類要進(jìn)行光合作用,開啟躺平人生。
吃藍(lán)藻不行,共生還是有可能的。
其實(shí),我們這個(gè)世界上所有能進(jìn)行光合作用的真核生物,無論藻類還是經(jīng)典定義上的植物,它們最初都是通過“吃”了藍(lán)藻,把它變成了細(xì)胞器-葉綠體,然后掌握了光合作用(后面再具體解釋)。
另外,世界上能光合作用的動(dòng)物還不少。
其中人氣最大的,無異于是綠葉海蝸牛(海天牛,Elysia chlorotica):
綠葉海蝸牛并非天生具有葉綠體,而是吃掉濱海無隔藻之后,把葉綠體直接儲(chǔ)存在自己體內(nèi)共生,為己所用[1]。
如果把葉綠體看成一種閹割版藍(lán)藻的話,其實(shí)比較符合題主所謂的吃藍(lán)藻進(jìn)行光合作用。
有人認(rèn)為,綠葉海蝸牛,只需要進(jìn)食一次綠藻,便可以終身不再進(jìn)食。
這話過于絕對(duì)了。
實(shí)際在綠葉海蝸牛成長(zhǎng)過程中,剛開始會(huì)長(zhǎng)期進(jìn)食,尤其是褐色的幼體階段,需要不斷攝入藻類細(xì)胞。
腸道細(xì)胞會(huì)通過吞噬作用把藻細(xì)胞的葉綠體整合在自己細(xì)胞內(nèi),成為自身細(xì)胞器的一部分。
隨著葉綠體在腸道內(nèi)不斷積累,直到身體由褐色轉(zhuǎn)變成綠色,身體才會(huì)像樹葉一樣完全展開,才會(huì)不再進(jìn)食葉綠體。
但如果成體之前長(zhǎng)期接收不到陽光的照射,背部便會(huì)“枯萎”,需要再次進(jìn)食。成體后一般不再“枯萎”,往往可以不進(jìn)食存活數(shù)個(gè)月之久,最長(zhǎng)達(dá)到9~10個(gè)月。
當(dāng)然,這也是綠葉海蝸牛的理論壽命了。
此類方式進(jìn)行光合作用的還有葉羊(costasiella kuroshimae),也稱為小綿羊海蛞蝓[2]。
我們可以發(fā)現(xiàn),綠葉海蝸牛整合葉綠體的過程,非常像一個(gè)經(jīng)典理論——內(nèi)共生起源學(xué)說[3]。也即題主想要獲得的,吃藍(lán)藻掌握光合作用。
無論動(dòng)物體內(nèi)的線粒體,還是植物體內(nèi)的葉綠體,之所以有別于其它細(xì)胞器呈現(xiàn)半自主性狀態(tài),是因?yàn)樗鼈兎謩e由原始真核細(xì)胞,吞噬細(xì)菌和藍(lán)藻而形成的。
經(jīng)典觀點(diǎn)認(rèn)為,真核生物細(xì)胞的祖先是一種具有吞噬能力的無氧大細(xì)胞,通過糖酵解代謝獲取能量。但糖酵解獲取能量的效率并不高,產(chǎn)生的中間產(chǎn)物丙酮酸,依舊還含有足夠高的能量。該細(xì)胞吞噬革蘭氏陰性菌(α-變形菌)之后,革蘭氏陰性菌令丙酮酸進(jìn)一步分解,由此產(chǎn)生更多的能量。
能量多了,自然更有利于生物生存,于是真核細(xì)胞和革蘭氏陰性菌演化出了共生關(guān)系。
葉綠體的產(chǎn)生,也具有類似的過程。真核細(xì)胞吞噬藍(lán)藻之后,藍(lán)藻為宿主提供光合作用,宿主則為藍(lán)藻提供其他的生存需求。
葉綠體和藍(lán)細(xì)菌對(duì)比
不過,隨著長(zhǎng)達(dá)數(shù)億年的演化,真核細(xì)胞體內(nèi)的革蘭氏陰性菌和藍(lán)藻,漸漸失去了自主性,成為了細(xì)胞器之一(當(dāng)農(nóng)民失去土地,自然而然地就成了農(nóng)奴)。
現(xiàn)代分子生物學(xué),已經(jīng)證明了線粒體、葉綠體基因與真核生物基因組的差異性,以及與細(xì)菌的同源性。可以說,內(nèi)共生起源學(xué)說證據(jù)非常完整,是迄今為止,解釋線粒體和葉綠體起源,最為接近真理的一種學(xué)說。
綠葉海蝸牛繼續(xù)演化千萬年,并不是沒有可能進(jìn)化成可完全獨(dú)立遺傳的可光合作用動(dòng)物。
總之,吃藍(lán)藻或者整合葉綠體,然后進(jìn)行光合作用是可行的,也可能成為人類進(jìn)行光合作用,躺平的終極方案。
不過,哪怕理論可行,但現(xiàn)在也遙遙無期,畢竟你連門都沒有找到。
甚至關(guān)于綠葉海蝸牛光合作用能力的研究,其實(shí)都還比較初級(jí)。
以前認(rèn)為綠葉海蝸牛,之所以吞噬葉綠體可以在體內(nèi)用9個(gè)月之久,甚至比在綠藻身體里都長(zhǎng),是因?yàn)樗鼈兛赡芡盗司G藻基因,例如,psbO基因[4] 。
但后來發(fā)現(xiàn),可能根本就不是這么回事兒。并沒有證據(jù)表明發(fā)生了基因水平轉(zhuǎn)移[5],僅僅通過整合葉綠體,它們就能納葉綠體為己用,并長(zhǎng)期支持存在。
既然題主目的僅僅是為了光合作用,開啟躺平人生,我們還是進(jìn)行難度低一點(diǎn)的吧。
除了綠葉海蝸牛,能進(jìn)行共生光合作用的還有硨磲、阿克爾扁形蟲、朝天水母、綠水螅、帆水母、巨型桶狀海綿、珊瑚蟲等等動(dòng)物。
如果說像綠葉海蝸綠葉直接整合葉綠體的方式,技術(shù)難度過大,人類用來躺平遙遙無期。
那么共生另外一種藻類,則可能實(shí)用性更強(qiáng)。
例如,蟲黃藻。
可以說,這種很不起眼的藻類,支撐起了整個(gè)海洋的命脈[6]。
蟲黃藻可與多種海洋低等動(dòng)物共生,更是珊瑚的靈魂。
每1mm^3的珊瑚蟲組織中,蟲黃藻就多達(dá)3萬個(gè)。蟲黃藻在珊瑚生態(tài)系統(tǒng)中,發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。而整個(gè)珊瑚系統(tǒng),又被稱為海洋的“熱帶雨林”,可以說是整個(gè)海洋生態(tài)系的命脈之一。
它們也是可進(jìn)行光合作用動(dòng)物,最愛納入的藻類之一,我們以硨磲為例子,來談?wù)刐7]。
硨磲亞科下面的2屬9種(最新的已再細(xì)分為12種),無一例外,全都能進(jìn)行共生光合作用。
除了野生大硨磲(庫氏硨磲)是國家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物外,其它所有種類的野生硨磲都是國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物。
它們絕大多數(shù)依靠光合作用,就能基本維持長(zhǎng)期的生命活動(dòng)。
成年的硨磲通過足絲固著生活,如同或青、或或黃、或紫的海洋之花,在白天綻放,夜晚關(guān)閉。
嘿,簡(jiǎn)直就是夜間海洋盛放的藍(lán)色妖姬。
硨磲的幼體是可以自由活動(dòng),他們和其他的一些海洋雙殼綱動(dòng)物一樣,需要經(jīng)歷受精卵、擔(dān)輪幼蟲、足面盤幼蟲、后期面盤幼蟲、稚貝等階段。
受精卵孵化后,幼蟲就會(huì)開始濾食蟲黃藻。
硨磲幼體孵化6天后,進(jìn)入足面盤幼蟲階段,就會(huì)從主動(dòng)濾食逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣夂蠣I養(yǎng)共生。
隨后的幾周,會(huì)不斷尋找合適的位置著陸,幾經(jīng)更替后,最終發(fā)展成稚貝,開始營固著生活。
隨著不斷長(zhǎng)大,光合營養(yǎng)的比重會(huì)逐漸加大。
長(zhǎng)到數(shù)厘米以后,就可以完全不再需要濾食生活。
蟲黃藻可以為硨磲提供營養(yǎng),而硨磲的代謝廢物二氧化碳、無鹽等,又可以給蟲黃藻提供光合作用的原料。
為了有利于光合作用,蟲黃藻主要共生在硨磲的外套膜上。
我們能看到的斑斕色彩的部分,其實(shí)就是硨磲的外套膜:
外套膜上的類似于蒼白斑點(diǎn)的結(jié)構(gòu),有利于光線的進(jìn)入,方便蟲黃藻進(jìn)行光合作用。
從硨磲的生命史可以看出,與蟲黃藻共生的方式,簡(jiǎn)直天生為了躺平而設(shè)計(jì)。是廣大熱愛躺平生活的人類,非常理想的一種光合作用方式,技術(shù)難度還沒有綠葉海蝸牛那么大。
想象人類發(fā)展出這樣的斑紋,簡(jiǎn)直天生自帶紋身效果。
你可能會(huì)擔(dān)心,這些軟體動(dòng)物和章魚是親戚,與人類的親緣差距超過6億年,甚至很多人類都很想把它們開除地球籍。與我們差距這么遠(yuǎn),人類真的有可能共生藻類嗎?
6億年遠(yuǎn)了,那我們說點(diǎn)近的。
其實(shí),并不是無脊椎動(dòng)物才能進(jìn)行光合作用,也有脊椎動(dòng)物也能進(jìn)行光合作用。
例如,以斑點(diǎn)蠑螈為代表的兩棲動(dòng)物,與人類大約有3.4億年的親緣差距。
它們卵上的果凍狀外層能與藻類共生(胚胎內(nèi)的單細(xì)胞藻類Oophila amblystomatis)[8]。
胚胎代謝產(chǎn)生二氧化碳,藻類提供氧氣,互利共生。
看起來,脊椎動(dòng)物共生藻類也是可行,但可能需要對(duì)藻類進(jìn)行更多的改造。
從現(xiàn)在的細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)水平來說,其實(shí)如果完全打開潘多拉魔盒,對(duì)人類胚胎進(jìn)行無限制實(shí)驗(yàn),允許無限基因編輯。
通過改造各種藻類,對(duì)從兩棲動(dòng)物到人類的各種胚胎進(jìn)行共生研究,不斷篩選能共生的藻類。
相信可以在我們的有生之年,篩選出這種可以共生的藻類和人類。
但很明顯,目前是沒有人(以及一群人)有責(zé)任打開這個(gè)潘多拉魔盒的。
未來人類有沒有可能打破禁忌,開啟無限躺平人生呢?
誰知道呢!
至于如果人類能進(jìn)行光合作用,會(huì)變成什么樣,以后再來分析了~
參考
- ^Mujer, Cesar V., et al. "Chloroplast genes are expressed during intracellular symbiotic association of Vaucheria litorea plastids with the sea slug Elysia chlorotica." Proceedings of the National Academy of Sciences 93.22 (1996): 12333-12338.
- ^Christa, Gregor, et al. "Functional kleptoplasty in a limapontioidean genus: phylogeny, food preferences and photosynthesis in Costasiella, with a focus on C. ocellifera (Gastropoda: Sacoglossa)." Journal of Molluscan Studies 80.5 (2014): 499-507.
- ^Martin, William F., Sriram Garg, and Verena Zimorski. "Endosymbiotic theories for eukaryote origin." Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 370.1678 (2015): 20140330.
- ^Rumpho, Mary E., et al. "Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica." Proceedings of the National Academy of Sciences 105.46 (2008): 17867-17871.
- ^Bhattacharya, Debashish, et al. "Genome analysis of Elysia chlorotica egg DNA provides no evidence for horizontal gene transfer into the germ line of this kleptoplastic mollusc." Molecular biology and evolution 30.8 (2013): 1843-1852.
- ^Freudenthal, Hugo D. "Symbiodinium gen. nov. and Symbiodinium microadriaticum sp. nov., a zooxanthella: taxonomy, life cycle, and morphology." The Journal of Protozoology 9.1 (1962): 45-52.
- ^Soo, Pamela, and Peter A. Todd. "The behaviour of giant clams (Bivalvia: Cardiidae: Tridacninae)." Marine biology 161 (2014): 2699-2717.
- ^Small, Daniel P., R. Scott Bennett, and Cory D. Bishop. "The roles of oxygen and ammonia in the symbiotic relationship between the spotted salamander Ambystoma maculatum and the green alga Oophila amblystomatis during embryonic development." Symbiosis 64 (2014): 1-10.
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