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        人類能否像植物一樣光合作用?

        2013-12-29 00:00:00伊麗莎白·伯奈斯
        環(huán)球人文地理 2013年3期

        人類必須通過種植、打獵、養(yǎng)殖等方式得到食物,以提供身體所必須的能量。在大自然中,很多生物并不需如此,例如植物、海藻以及很多種細(xì)菌可以通過光合作用維持生存。它們僅利用陽光和神奇的化學(xué)反應(yīng),就能在體內(nèi)產(chǎn)生能量。那么人類是否可以也做到類似的事情呢 ?我們的身體能否也變得像植物一樣,從太陽能中獲取食物呢?

        通常說來,動物是無法進(jìn)行光合作用的,但是一切規(guī)則總有例外。豌豆蚜是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的變異物種,它是農(nóng)民的敵人但卻是基因?qū)W家的朋友。法國索菲亞阿格羅生物技術(shù)研究所的阿蘭·羅比臣,就曾發(fā)現(xiàn)豌豆蚜利用一種類胡蘿卜素的色素通過太陽獲取能量的例子。該蚜蟲從真菌中“竊取”的基因,使自身能產(chǎn)生色素。另一種昆蟲,東方大黃蜂也有類似的本領(lǐng)。它們在白天非?;钴S,而且溫度越高越活躍,這是因?yàn)槠涓共康狞S色色素能將陽光轉(zhuǎn)化為電能。

        不過,這兩個(gè)案例都具有爭議,這兩種昆蟲只是將陽光轉(zhuǎn)換成了能量,但并沒有進(jìn)行真正的光合作用——將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖分。

        當(dāng)然,也有動物進(jìn)行真正的光合作用。珊瑚蟲是最典型的例子,它們寄生在微小得只能用顯微鏡才能看到的藻類中,藻類能進(jìn)行光合作用并且為共生的珊瑚蟲提供營養(yǎng)。一些海葵、蛤蚌、海綿等動物也有能進(jìn)行光合作用的共同體,甚至還有脊椎動物——斑點(diǎn)蠑螈,那些能進(jìn)行光合作用的藻類已經(jīng)侵入了它們的細(xì)胞的內(nèi)部。

        盡管有這么多種類的例子,光合作用共生體仍是例外而不是普遍規(guī)則。好在能進(jìn)行光合作用的“種子”并不難以播種。2011年,加州大學(xué)洛杉磯分校的生物學(xué)家克里斯蒂娜·阿加帕奇斯令斑馬魚接受了會光合作用的細(xì)菌。在斑馬魚胚胎期,她就將細(xì)菌注入了這種魚。遺憾的是,之后什么也沒發(fā)生,這種魚不會光合作用,但也并沒有排斥這種細(xì)菌。阿加帕奇斯的實(shí)驗(yàn)表明脊椎動物至少可以忍受光合微生物的存在。

        還有一種讓動物進(jìn)行光合作用的方法:直接竊取它們的“加工廠”。眾所周知,光合作用是在一個(gè)被稱作葉綠體的微小結(jié)構(gòu)中發(fā)生的,它廣泛存在于各種植物和藻類的細(xì)胞中。因此,與其和一個(gè)植物共生,為何不直接將它的葉綠體據(jù)為己有呢?

        有動物這樣做過,比如海兔。這種美麗的生物以藻類為食,并將竊取來的葉綠體分布在消化道內(nèi),為它提供能量,使得它“活得像個(gè)植物”。這對于海兔至關(guān)重要,失去了葉綠體的海兔通常都無法活到成年。

        海兔如何維持并且使用葉綠體仍然是一個(gè)謎團(tuán)。不過可以確定的是,這些結(jié)構(gòu)并不能像閃存盤一樣能“即插即用”。因?yàn)槿~綠體會用數(shù)以百計(jì)的蛋白質(zhì)——都是在海兔的細(xì)胞核中制造,并且又移植到了葉綠體中的。以現(xiàn)有的技術(shù),破解這上百個(gè)基因片段是不太可能的事情。即使全部破解成功了,將人類細(xì)胞變成兼容葉綠體的細(xì)胞,也是一項(xiàng)十分浩大的基因工程。

        可以設(shè)想一下,人類能與藻類等植物共生,細(xì)胞內(nèi)也加入了控制葉綠體的基因,獲得了光合作用的能力,這會給我們帶來不同嗎?答案也許會令人失望。如果無法盡最大限度將自己暴露在陽光下,光合作用就是一種毫無用處的能力。并且,為了得到更多的能量,需要盡可能大的表面積,植物就擁有又大又平的采光平面——葉子;海兔又綠又平,看起來也像是一片葉子,同時(shí)它是透明的,因此陽光可以穿透它的組織,進(jìn)入體內(nèi)的葉綠體中。

        人類既沒有葉子又不透明,即使全身皮膚都是充滿葉綠體,光合作用也只能提供少得可以忽略不計(jì)的能量——?jiǎng)游锼璧哪芰窟h(yuǎn)遠(yuǎn)高于植物。如果人類要依靠光合作用生存,那么必須擁有類似樹葉的大平面接受陽光,然后還需要保持靜止,以減少消耗。從某種意義上講,這時(shí)的人已經(jīng)變成了樹。

        其實(shí)人類一直在用另外的方式享受著光合作用。人們馴化動物、播種植物,并以此為食,這已經(jīng)是大規(guī)模地有效利用光合作用了。農(nóng)業(yè)就是人類與植物一個(gè)共生關(guān)系,不過與豌豆蚜、海兔不同的是,它們將光合作用放在體內(nèi),我們將植物種在地里。

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