曬曬太陽就能吃飽的動物

●曹倩 文 玉琳 編

植物利用光合作用獲得能量，而動物利用食物獲得能量，如果一種生物能兩者兼得是不是很完美？

科學家在自然界里發(fā)現(xiàn)了一種能進行光合作用的小動物——綠葉海蝸牛。它們既能以藻類為食又能利用共生的葉綠體進行光合作用，簡直“混淆”了動物和植物的界限。

吃一次飯管一輩子

綠葉海蝸牛是一種海洋軟體動物，它們生活在從加拿大新斯科舍省到美國佛羅里達南部沿海海岸的鹽沼、海涂和淺灣中。綠葉海蝸牛以潮間帶的濱海無隔藻為食，在進食的時候，它們用齒舌刺穿藻類的細胞壁，吸食其中的營養(yǎng)物質(zhì)，包括葉綠體。

海蝸牛網(wǎng)絡(luò)狀的腸道系統(tǒng)遍布全身，完整的無隔藻葉綠體就停留在此，海蝸?？梢岳萌~綠體進行光合作用為自己制造食物?？茖W家為海蝸牛這種不同尋常的本領(lǐng)起了一個專有名詞，叫作“盜食”。

研究發(fā)現(xiàn)，海蝸牛在“盜食”的路上也許走得更遠，它們不僅竊取葉綠體為己所用，而且還能合成新的葉綠素，只要有陽光和二氧化碳，海蝸牛就有源源不斷的能量來源。

實驗證實，幼年海蝸牛只需進食足夠的濱海無隔藻，之后在不進食的條件下（只提供光照）能夠存活9～10個月之久，這基本就是海蝸牛的整個生命期了，野外生活的個體一般能存活8～10個月。在斷食期內(nèi)，海蝸牛體內(nèi)的葉綠體保持完好并持續(xù)發(fā)揮光合作用。

葉綠體蛋白蝸牛造

然而讓科學家費解的是，維持葉綠體正?；顒有枰?000～5000種蛋白質(zhì)，而無隔藻的葉綠體基因本身只能編輯139個蛋白質(zhì)，遠遠不足以支撐葉綠體的基本功能。高等植物葉綠體所需的大部分蛋白質(zhì)來自于核基因的編碼，在細胞質(zhì)中合成然后運往葉綠體中實現(xiàn)生化功能。在長時間禁食之后，海蝸牛體內(nèi)的藻類細胞核早已被消化殆盡了，這些必不可少的蛋白質(zhì)從何而來呢？

科學家懷疑，這些蛋白質(zhì)是由海蝸牛自己的細胞核基因編碼的，通過DNA擴增技術(shù)，他們在海蝸牛的體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超過60種藻類細胞核基因，這些基因持續(xù)合成維持葉綠體正常活動的蛋白質(zhì)，例如負責合成葉綠素的酶。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，這些基因似乎具有遺傳性，因為在海蝸牛的幼體和卵中也發(fā)現(xiàn)了同樣的基因。

共生的故事不止一個

現(xiàn)在我們似乎能看見一個完整的共生故事——綠葉海蝸牛盜食濱海無隔藻的葉綠體，負責光合作用的基因從濱海無隔藻的細胞核轉(zhuǎn)移到海蝸牛的細胞核里，光合作用由無隔藻的葉綠體和海蝸牛的核基因共同實現(xiàn)。科學家宣稱他們發(fā)現(xiàn)了自然界中首例多細胞真核生物之間的水平基因轉(zhuǎn)移。

水平基因轉(zhuǎn)移不同于常規(guī)的垂直基因轉(zhuǎn)移（即通過有性繁殖由親代到子代的基因傳遞）。水平基因轉(zhuǎn)移，又稱橫向基因轉(zhuǎn)移，是指跨越物種進行的遺傳信息轉(zhuǎn)移，它打破了親緣關(guān)系的隔離，使基因能在不同物種之間進行交換。自然界中，水平基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象在原核生物和單細胞真核生物中發(fā)生較為頻繁，而在多細胞真核生物之間則難于跨越生殖隔離的障礙，類似濱海無隔藻和綠葉海蝸牛之間的水平基因轉(zhuǎn)移更新了人們對于這一領(lǐng)域的認知。

就這樣，一旦建立起和葉綠體的共生關(guān)系，海蝸牛就可以懶洋洋地曬著太陽在海床上漫游或是宅在家里，省下尋找食物的時間和能量，把精力放在繁殖后代的“蝸生大事”上。即使在食物緊缺的時候，海蝸牛憑借超強的待機時間也能獲得更多的生存機會。這種現(xiàn)象體現(xiàn)了海蝸牛對其生活環(huán)境的適應(yīng)：它們的食物并不是全年敞開供應(yīng)的，濱海無隔藻只有在漲潮的時候才出現(xiàn)，而且得在春季轉(zhuǎn)暖以后才開始生長。

科學的每一次發(fā)現(xiàn)都引發(fā)更多的問題，而我們在回答這些問題的時候擴充了人類知識的疆域?；蛟S有一天，科學家們能制造出在植物體外工作的人工葉綠體，直接收獲太陽能滿足人類的需要。