鱼也能进行光合作用?

来源:文汇报 发布时间:2011年05月05日 浏览次数: 【字体: 收藏 打印文章

实际上,和《新科学家》杂志这篇报道类似的想法早就有了,自然界也存在这种共生现象,如一种以海藻为食并将海藻色素吸收到自身细胞中的海蜗牛,不仅能借此色素进行伪装,还能像植物一样进行光合作用,从而获取能量。又如,属于原生动物的眼虫,具有向光运动能力,不仅能摄取食物,而且能进行光合作用,因为它的细胞内含有叶绿体,可以把二氧化碳和水合成糖类。它兼有异养型(摄取有机物作为营养)又有自养型(利用无机物作为营养)的生物。

植物作为自养型生物,因为它的细胞内含有一种细胞器——叶绿体,其基本功能就是将阳光转化为电能,将水电解为氧气和质子,质子再转化为化学能(光合磷酸化,合成ATP),然后利用ATP和水与二氧化碳合成葡萄糖。葡萄糖是细胞生命活动的物质基础和能量源泉。植物白天吸收二氧化碳和水,产生葡萄糖,释放出氧气;晚上因无阳光,植物生命活动只能利用白天生成的葡萄糖和氧气在线粒体内进行氧化还原反应来提供能量,同时释放出二氧化碳和水。        

我们知道,生命活动离不开能量。高等自养型生物(例如植物等)是通过光能转换来提供能量;高等异养型生物(例如脊椎动物等)是通过葡萄糖降解变成二氧化碳,释放出能量来供给生命活动。但在生物进化的早期,一些低等生物,包括原生动物、腔肠动物和软体动物等利用食物中的藻类细胞或叶绿素进行胞外或胞内共生,可以进行光合作用,提供部分能量。后来生物进化到高等生物时代,动物的运动需能急切和强大,这种供能方式也就没有存在价值了。        

这篇文章提到的实验是设想把鱼的皮肤变成自养型,使其能进行类似植物一样的光合作用。要达到这样的目的有两种途径:一是采取胞外共生的办法,把蓝绿藻或蓝细菌移入到鱼的皮肤里与表皮细胞共生,因为这些细菌本身能进行光合作用,利用阳光能为鱼提供能量;其二是用植物的叶绿体移植到鱼的皮肤细胞内,理论上也能产生这种效果,但是叶绿体能否在动物细胞体内生存,这个难度很大,因为叶绿体需要细胞核基因的支持和协调,而鱼的细胞没有这些基因,所以叶绿体即使能在动物体内存活一段时间,但由于没有细胞核基因的支持,很难长期存活,更谈不上遗传和增殖了。怎样使得它能模拟植物细胞的光合作用,在科学上是一个尚未破解的难题。        

由于基因工程技术的发展,早在上世纪80年代,把叶绿体分离出来培养,然后放到动物体内,以使动物也能具有植物光合作用功能的想法就有人提出过,但是至今一直没有实质性的突破,咎其原因有两点:一是叶绿体自己的基因组的基因尚不足以维持叶绿体自身的生命活动和繁殖,需要细胞核基因的支持,现在要将其移植到动物细胞里就会碰到这个问题;其次,因为叶绿体需要阳光,而阳光对动物细胞有杀伤力,所以动物在进化中就生出了黑色素、毛发、鳞角、羽毛和毛发等附件,以防范阳光照射对其的伤害。叶绿体需要阳光,而这些附件遮挡了阳光,这对矛盾无法解决。这篇文章只是再次提出了这个问题,当然作者是希望在如今生命科学的条件下来探讨,看看有没有突破的可能。这种探索和努力本身,无疑是值得肯定和赞赏的。

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