動物的“光合作用”

趙禮明

植物通過光合作用為自己儲存能量，然后草食動物通過食用植物的果實、種子乃至莖稈來攝取能量，肉食動物再通過捕食草食動物來維持生命并且不斷繁衍。除極少數可以通過其他方式獲取能量的微生物之外，綠色植物的光合作用可以說是地球上一些生物生存繁衍的能量源泉。

化石能源是古代動植物遺體埋藏在地下形成的，其中蘊藏的能量其實也來源于太陽能，只不過對于現代人來說，這種不可再生的能源實在是大自然慷慨的饋贈——因為缺乏必要的各種環境與條件，即使我們現在再把柴草秸稈等埋在地下，也不可能再形成化石能源。

以現代工業對化石能源的依賴程度來看，能源危機絕不是某些研究人員的危言聳聽，保守估計，即便保持現在的消耗速度，地球上的石油資源也不過僅僅維持未來幾十年的使用儲備，更何況隨著工業發展的日新月異，以及人類對生活舒適度的過度追求，人類對化石能源的需求量還在與日俱增。

有科幻小說作者提出近乎瘋狂的想法——能否在人體皮膚組織內植入葉綠素，讓人體像綠色植物一樣進行光合作用，那樣最起碼人類將不再為食物而擔心。以此類推，古代那些宣稱可以辟谷的仙人，是否已經具備了這種能力，能夠直接利用太陽能，而無需通過飲食來攝取能量？

記得看過這樣一篇科幻小說，大意是世界瀕臨末日，土地大量沙漠化，環境已經不再適合人類生存，一位科學家研制成功了一種特殊試劑，可以讓沙漠重新生長綠色植物。一個組織派出一群殺手來搶奪這種試劑，最后女主角為了保護這種試劑不慎把試劑滴在自己手上——她變成了一棵樹，生長在荒涼的大漠深處，保護著這片她深愛的土地。

這樣的結局凄美而深刻，然而除去類似的倫理爭議，單純從技術的層面分析，動物或者人類能否借助葉綠素實現“光合作用”呢？

答案“幾乎”是否定的！葉綠素在植物體內“如魚得水”，發揮著重要作用，但其化學性質不很穩定，光、酸、堿、氧化劑等都有可能使其分解；而葉綠素需要在葉綠體內才能發揮作用，且需要各種色素以及與光合作用相關的酶協同作用。對酶來說，它對工作溫度的要求極其苛刻，而植物和動物的“體溫”顯然差別很大。

日本和英國的科學家曾以大鼠等實驗動物作為研究對象，分析在它們的血液中注入葉綠素的反應，結果令人驚訝——注入葉綠素的實驗動物比對照組動物體內紅細胞數量顯著增加。科學家分析，由于葉綠素富含鐵元素，所以為紅細胞的形成提供了物質基礎。而日本攝南大學的研究小組則發現，葉綠素有著極強的解毒作用，以臭名昭著的二噁英為例，動物實驗證明：如果在老鼠的食物內添加20%含有葉綠素的食物，可以使二噁英的排出量增加3.63倍。諸多實驗事實表明，葉綠素的醫療保健功能值得期待。

但這仍然只是葉綠素的利用層面，人類或者其他動物距離“光合作用”還是遙遙無期。

2010年，來自美國亞利桑那大學的一份研究報告讓專業研究者發現了一絲曙光——生物學家南希·莫蘭和泰勒·賈維克發現豌豆蚜在某種特定條件下可以像植物一樣為自身生產類胡蘿卜素。研究者們研究了不同條件下豌豆蚜體態特征的變化，結果發現：豌豆蚜跟許多其他動物一樣，能夠根據環境改變身體的顏色。在溫度適宜的環境中，豌豆蚜可以產生中等程度的類胡蘿卜素來讓身體變為橘黃色；在冰冷的環境中，豌豆蚜會產生大量的類胡蘿卜素讓身體呈現綠色；在缺乏資源的環境中，豌豆蚜會變得沒有顏色，整個身體趨近于白色。

研究者對豌豆蚜體內的ATP（三磷酸腺苷）濃度進行了測試，這是一種常用的測量生物體內能量轉換的方式。結果讓人驚訝——綠色豌豆蚜可以比白色豌豆蚜制造出更多的ATP，而橘黃色豌豆蚜在陽光照射條件下產生的ATP也要比黑暗條件下產生的多得多。

研究者還搗碎了橘黃色的豌豆蚜，并且清空了它們體內的類胡蘿卜素，以此來證明正是類胡蘿卜素吸收了陽光轉化了能量。所有反饋信息都指向這種合成色素對光誘導電子轉移系統有作用，而在這個系統中豌豆蚜可以從太陽光中獲得能量。

豌豆蚜本來靠吸食植物嫩芽中的汁液為生，科學家們分析這也許是這種生物應對環境的一種備用能力——當周圍環境不足以為它們提供所用能源的時候，它們就會啟用這種能力來應對較為惡劣的處境。

無論如何，這種研究為人工模擬光合作用提供了理論依據，它意味著當技術達到了一定程度，人們可以采取更加靈活多變的形式來直接利用太陽能，而不僅僅依賴于化石能源。

編輯/梁宇清