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绿叶海蜗牛吃掉蓝藻就能进行光合作用,为什么人类不行?

人类要进行光合作用,开启躺平人生。

吃蓝藻不行,共生还是有可能的。

其实,我们这个世界上所有能进行光合作用的真核生物,无论藻类还是经典定义上的植物,它们最初都是通过“吃”了蓝藻,把它变成了细胞器-叶绿体,然后掌握了光合作用(后面再具体解释)。

另外,世界上能光合作用的动物还不少。

其中人气最大的,无异于是绿叶海蜗牛(海天牛,Elysia chlorotica):

绿叶海蜗牛并非天生具有叶绿体,而是吃掉滨海无隔藻之后,把叶绿体直接储存在自己体内共生,为己所用[1]。

如果把叶绿体看成一种阉割版蓝藻的话,其实比较符合题主所谓的吃蓝藻进行光合作用。

有人认为,绿叶海蜗牛,只需要进食一次绿藻,便可以终身不再进食。

这话过于绝对了。

实际在绿叶海蜗牛成长过程中,刚开始会长期进食,尤其是褐色的幼体阶段,需要不断摄入藻类细胞。

肠道细胞会通过吞噬作用把藻细胞的叶绿体整合在自己细胞内,成为自身细胞器的一部分。

随着叶绿体在肠道内不断积累,直到身体由褐色转变成绿色,身体才会像树叶一样完全展开,才会不再进食叶绿体。

但如果成体之前长期接收不到阳光的照射,背部便会“枯萎”,需要再次进食。成体后一般不再“枯萎”,往往可以不进食存活数个月之久,最长达到9~10个月。

当然,这也是绿叶海蜗牛的理论寿命了。

此类方式进行光合作用的还有叶羊(costasiella kuroshimae),也称为小绵羊海蛞蝓[2]。

我们可以发现,绿叶海蜗牛整合叶绿体的过程,非常像一个经典理论——内共生起源学说[3]。也即题主想要获得的,吃蓝藻掌握光合作用。

无论动物体内的线粒体,还是植物体内的叶绿体,之所以有别于其它细胞器呈现半自主性状态,是因为它们分别由原始真核细胞,吞噬细菌和蓝藻而形成的。

经典观点认为,真核生物细胞的祖先是一种具有吞噬能力的无氧大细胞,通过糖酵解代谢获取能量。但糖酵解获取能量的效率并不高,产生的中间产物丙酮酸,依旧还含有足够高的能量。该细胞吞噬革兰氏阴性菌(α-变形菌)之后,革兰氏阴性菌令丙酮酸进一步分解,由此产生更多的能量。

能量多了,自然更有利于生物生存,于是真核细胞和革兰氏阴性菌演化出了共生关系。

叶绿体的产生,也具有类似的过程。真核细胞吞噬蓝藻之后,蓝藻为宿主提供光合作用,宿主则为蓝藻提供其他的生存需求。

叶绿体和蓝细菌对比

不过,随着长达数亿年的演化,真核细胞体内的革兰氏阴性菌和蓝藻,渐渐失去了自主性,成为了细胞器之一(当农民失去土地,自然而然地就成了农奴)。

现代分子生物学,已经证明了线粒体、叶绿体基因与真核生物基因组的差异性,以及与细菌的同源性。可以说,内共生起源学说证据非常完整,是迄今为止,解释线粒体和叶绿体起源,最为接近真理的一种学说。

绿叶海蜗牛继续演化千万年,并不是没有可能进化成可完全独立遗传的可光合作用动物。

总之,吃蓝藻或者整合叶绿体,然后进行光合作用是可行的,也可能成为人类进行光合作用,躺平的终极方案。

不过,哪怕理论可行,但现在也遥遥无期,毕竟你连门都没有找到。

甚至关于绿叶海蜗牛光合作用能力的研究,其实都还比较初级。

以前认为绿叶海蜗牛,之所以吞噬叶绿体可以在体内用9个月之久,甚至比在绿藻身体里都长,是因为它们可能偷了绿藻基因,例如,psbO基因[4]。

但后来发现,可能根本就不是这么回事儿。并没有证据表明发生了基因水平转移[5],仅仅通过整合叶绿体,它们就能纳叶绿体为己用,并长期支持存在。

既然题主目的仅仅是为了光合作用,开启躺平人生,我们还是进行难度低一点的吧。

除了绿叶海蜗牛,能进行共生光合作用的还有砗磲、阿克尔扁形虫、朝天水母、绿水螅、帆水母、巨型桶状海绵、珊瑚虫等等动物。

如果说像绿叶海蜗绿叶直接整合叶绿体的方式,技术难度过大,人类用来躺平遥遥无期。

那么共生另外一种藻类,则可能实用性更强。

例如,虫黄藻。

可以说,这种很不起眼的藻类,支撑起了整个海洋的命脉[6]。

虫黄藻可与多种海洋低等动物共生,更是珊瑚的灵魂。

每1mm^3的珊瑚虫组织中,虫黄藻就多达3万个。虫黄藻在珊瑚生态系统中,发挥着至关重要的作用。而整个珊瑚系统,又被称为海洋的“热带雨林”,可以说是整个海洋生态系的命脉之一。

它们也是可进行光合作用动物,最爱纳入的藻类之一,我们以砗磲为例子,来谈谈[7]。

砗磲亚科下面的2属9种(最新的已再细分为12种),无一例外,全都能进行共生光合作用。

除了野生大砗磲(库氏砗磲)是国家一级保护动物外,其它所有种类的野生砗磲都是国家二级保护动物。

它们绝大多数依靠光合作用,就能基本维持长期的生命活动。

成年的砗磲通过足丝固着生活,如同或青、或或黄、或紫的海洋之花,在白天绽放,夜晚关闭。

嘿,简直就是夜间海洋盛放的蓝色妖姬。

砗磲的幼体是可以自由活动,他们和其他的一些海洋双壳纲动物一样,需要经历受精卵、担轮幼虫、足面盘幼虫、后期面盘幼虫、稚贝等阶段。

受精卵孵化后,幼虫就会开始滤食虫黄藻。

砗磲幼体孵化6天后,进入足面盘幼虫阶段,就会从主动滤食逐渐转变为光合营养共生。

随后的几周,会不断寻找合适的位置着陆,几经更替后,最终发展成稚贝,开始营固着生活。

随着不断长大,光合营养的比重会逐渐加大。

长到数厘米以后,就可以完全不再需要滤食生活。

虫黄藻可以为砗磲提供营养,而砗磲的代谢废物二氧化碳、无盐等,又可以给虫黄藻提供光合作用的原料。

为了有利于光合作用,虫黄藻主要共生在砗磲的外套膜上。

我们能看到的斑斓色彩的部分,其实就是砗磲的外套膜:

外套膜上的类似于苍白斑点的结构,有利于光线的进入,方便虫黄藻进行光合作用。

从砗磲的生命史可以看出,与虫黄藻共生的方式,简直天生为了躺平而设计。是广大热爱躺平生活的人类,非常理想的一种光合作用方式,技术难度还没有绿叶海蜗牛那么大。

想象人类发展出这样的斑纹,简直天生自带纹身效果。

你可能会担心,这些软体动物和章鱼是亲戚,与人类的亲缘差距超过6亿年,甚至很多人类都很想把它们开除地球籍。与我们差距这么远,人类真的有可能共生藻类吗?

6亿年远了,那我们说点近的。

其实,并不是无脊椎动物才能进行光合作用,也有脊椎动物也能进行光合作用。

例如,以斑点蝾螈为代表的两栖动物,与人类大约有3.4亿年的亲缘差距。

它们卵上的果冻状外层能与藻类共生(胚胎内的单细胞藻类Oophila amblystomatis)[8]。

胚胎代谢产生二氧化碳,藻类提供氧气,互利共生。

看起来,脊椎动物共生藻类也是可行,但可能需要对藻类进行更多的改造。

从现在的细胞生物学和分子生物学水平来说,其实如果完全打开潘多拉魔盒,对人类胚胎进行无限制实验,允许无限基因编辑。

通过改造各种藻类,对从两栖动物到人类的各种胚胎进行共生研究,不断筛选能共生的藻类。

相信可以在我们的有生之年,筛选出这种可以共生的藻类和人类。

但很明显,目前是没有人(以及一群人)有责任打开这个潘多拉魔盒的。

未来人类有没有可能打破禁忌,开启无限躺平人生呢?

谁知道呢!

至于如果人类能进行光合作用,会变成什么样,以后再来分析了~

来源:瞻云 编辑:Gly

《参考文献》

[2] Christa, Gregor, et al. "Functional kleptoplasty in a limapontioidean genus: phylogeny, food preferences and photosynthesis in Costasiella, with a focus on C. ocellifera (Gastropoda:

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