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光合作用可不是植物的專屬技能,這種小可愛也可以

如果要評選世界奇葩生物,海蛞蝓絕對榜上有名。這類軟體動物是雌雄同體,不僅“能攻能受”,還可以群體交配。它們也是偷竊大師,有的能用食物中的色素給皮膚換色,有的還會存儲獵物的細胞。

外表軟萌可愛的海蛞蝓,下一秒就要互相爆頭?<戳這裡了解相愛就要爆頭的海蛞蝓> 圖片:seaslugforum.net

它們當中,還有号稱動物界終極“死宅”的綠葉海天牛Elysia chlorotica)。這種海蛞蝓隻有不到5厘米長,卻能在長達9個月甚至更長的時間裡不吃東西,隻靠皮膚裡的葉綠體進行光合作用來維持生命。

能光合作用的綠葉海天牛。圖片:Karen N. Pelletreau et al. / PLoS One(2014)

“偷來”的葉綠體

等一下,動物哪裡來的葉綠體?而且這些葉綠體居然還有用?其實答案很簡單,葉綠體是它們在啃食藻類時“偷”來的

一般來說,葉綠體被動物吞食後,會被動物的腸胃破壞掉,或者遭到免疫系統的攻擊。但綠葉海天牛不僅能利用葉綠體進行光合作用,而且還不會受到它們的傷害——大部分動物不能承受葉綠體光合作用産生的遊離氧。

其實,除了綠葉海天牛,還有其他一些種類的海蛞蝓能夠奪取藻類的葉綠體,用其捕獲某些射線等。不過它們需要不斷地更新葉綠體,這是因為葉綠體的正常工作要消耗各種蛋白質,而生産這些蛋白質的相關基因隻存在于藻類的核基因中,被“偷走”的葉綠體是無法自産自足的

雖然葉綠體内部也有DNA,但生産的蛋白質并不能自給自足。圖片:Kelvinsong / wikipedia

換句話說,要維持葉綠體的話,動物必須利用藻類基因或者藻類基因表達的産物,但綠葉海天牛似乎不用擔心這一點。有研究表明,它們通過進食,能将藻類的基因轉移至自身的基因組。

這是一種驚人的生化本領,我們或許可以利用類似的方法來操控人類或其他動物的基因。不過也有研究者對此提出質疑,他們發現,綠葉海天牛的卵和幼蟲體内就已經存在藻類基因,這意味着這些基因可能是與生俱來的。

一大片翠綠的'菜葉子'。圖片:crybytes.com

前景與阻礙

葉綠體的維持機制也許不僅僅和藻類基因有關。最近發表于《分子生物學和演化》的研究發現,綠葉海天牛自身的免疫系統也在這個過程中起到了關鍵的作用。當綠葉海天牛獲得葉綠體時,一些基因表達産物會抑制它的免疫系統,同時,氧化應激機制相關基因的活性也增加了。研究者還指出,珊瑚及其共生光合藻類之間也有同樣的互動機制。

能夠維持葉綠體,還不會受到外源基因的損害,綠葉海天牛的這種能力具有廣泛的研究前景,進一步的研究有望應用于免疫學和基因治療等領域。

然而,研究面臨的阻礙也很多,比如綠葉海天牛會分泌大量黏液,增加DNA和分子分析的複雜程度。此外,為數不多的研究者中的大部分都已退休,還有人換了别的研究方向(攤手)。

實驗室水箱裡的綠葉海天牛。圖片:Elizabeth Summer /seaslugforum.net

另外,如何獲得更多綠葉海天牛也是個問題。目前,科學家們隻在美國東海岸和加拿大的新斯科舍省發現了綠葉海天牛。盡管不同的研究團隊嘗試了很多次,但仍然難以收集到野外物種

在實驗室裡培育它們也相當困難。成年的綠葉海天牛需要仔細照顧和喂養,它們通常都活不過一年。雖然從卵孵化的幼蟲會自由遊動,啃食不同的藻類,但是當它們發育為成蟲時,就隻獨愛濱海無隔藻Vaucheria litorea),兩者在此時會形成一種共生關系。問題在于濱海無隔藻長得太慢了,也很難培養,藻類的生長速度常常趕不上綠葉海天牛的進食速度。

綠葉海天牛和濱海無隔藻。圖片:winnipegfreepress.com

不過也有好消息,已經有部分科學家在實驗室培育出了很多代綠葉海天牛。但是要進一步開展研究的話,它們的稀缺性仍然是一大問題,人們急需找到培養大量綠葉海天牛的方法。編譯:EON;編輯:lava

本文授權轉自我是科學家iScientist

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