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《科学大众》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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捕获光能的动物

2013-08-17 21:53:10

光合作用在大自然中一般是植物们的专利,但神奇的自然界无奇不有,一些动物吃掉植物后,竟然窃取了植物体内的叶绿体,然后像植物一样仅靠阳光进行光合作用便能饱食终日。在科学世界里,无时无刻不弥漫着这些令人心潮澎湃的惊喜。

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捕获光能的动物

□ 文/ 候立顺

 

找阳光“饱餐”一顿

最近,生物学家们发现了一种能进行光合作用的脊椎动物,它名叫斑点钝口螈。生活在加拿大东南部和美国东部的斑点钝口螈其实是蝾螈的一种,斑点钝口螈和青蛙一样,都是两栖动物,但是斑点钝口螈体形和蜥蜴相似,并长有尾巴。

在斑点钝口螈的体内,科学家们发现了用于进行光合作用的叶绿体,而这些叶绿体正属于一种藻类。非常有意思的是,其实科学家在很多年前就对斑点钝口螈非常熟悉,而且还知道,它们和这种绿藻有着共生关系。

斑点钝口螈栖息在淡水和沼泽地区,靠皮肤来吸收水分,因此需要潮湿的生活环境,研究发育生物学的科学家经常用斑点钝口螈来进行相关的科学实验。科学家一直以为它们只是简单的、外在的共生关系,也就是说,两者只是平等地相互交换产物而已:绿藻进行光合作用,呼出氧气,然后被斑点钝口螈利用,仅此而已。但事实证明,科学家们此前的研究不够深入、细致。加拿大的研究人员发现,两者并非简单的外在关系,事实是:绿藻已经进入了斑点钝口螈体内。也就是说,神奇的斑点钝口螈具有了其他动物们所羡慕的强大功能:它们不需要吃东西了!当它们感觉到饥饿后,就赶快找到一个有光线的地方;然后,体内的藻类细胞马上就可以吸收光能,转变成化学能。这样只需一会儿,就足以“饱餐”了一顿。

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提起叶绿体,人们常常会把它和植物细胞联系在一起,好像历来它就是植物细胞的一部分。上世纪60年代后期,有几项突破性研究证明:早期的叶绿体是一种蓝藻,由于偶然的机会进入了原始细胞。经过漫长的适应和演变之后,才形成了今天这副模样。这方面的证据颇为丰富,其中最主要的一点就是人们发现:叶绿体有一套独立的遗传系统,它和蓝藻中的DNA系统很相似,而和植物细胞核中的遗传系统则相去甚远。大概正是有了这种不平凡的来历,所以直到今天,叶绿体还保留着一定的独立性。叶绿体在一些动物的细胞质中,完全有可能无限期地存活下去。想象一下,假如我们能像植物一样,喝一口水,吸一口气,再晒晒太阳,肚子就不会再唱空城计了。

 

没阳光死路一条

斑点钝口螈这一壮举对于人类以及大多数动物来说纯属异想天开,不过一种了不起的绿叶海蛞蝓也能像斑点钝口螈一样进行光合作用。

绿叶海蛞蝓是一种软体动物,分布于从加拿大到佛罗里达的沿海海域。绿叶海蛞蝓体型娇小,成年个体体长1~3厘米,没有贝壳,看上去活像一片叶子,翡翠般鲜绿,与藏身处的海藻天衣无缝地打成一片。它的这种美丽色泽在动物界并不多见,这其实要归功于它身体内部大量的叶绿体——对,就是那些通常只有植物才拥有的充满叶绿素的光合作用工厂。

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不过,刚出生的绿叶海蛞蝓呈棕色,半透明,身上缀有红色斑点。在成长过程中,它们贪食藻类,身体的颜色逐渐变为浓绿,并保持终生。与此同时,出现了另一种更为奇特的现象:饱餐一顿后,它们可以接连几个礼拜甚至几个月不再进食!原来,这种绿叶海蛞蝓不但能够把吃下的绿藻中所含的叶绿体贮存下来,还对其加以利用,使之成为持久的食物来源,它可不是在为应付食物匮乏期而储备口粮。事实上,这些叶绿体即便在其机体内也能进行光合作用,绿叶海蛞蝓正是利用了这一特质。

这个过程看上去并不复杂,可是科学家们始终困惑不解。叶绿体是一种非常脆弱的细胞器。当人吞下蔬菜后,体内消化道的酶会把蔬菜的细胞分解,这种作用使叶绿体无法以任何形式存留。所以,我们可以无所顾忌地吃下蔬菜沙拉或海带什么的,不必担心自己会进行光合作用。那么这些绿藻中的叶绿体如何抵御绿叶海蛞蝓的消化液呢?直到今天这仍是一个谜团。

有一点可以说明,绿叶海蛞蝓具有一种保存并不损害这种细胞器的非凡才能。在消化吸收过程中存活下来的叶绿体不断在绿叶海蛞蝓分枝茂密的肠道内累积,并四处移动,直到它的表皮之下。这些叶绿体采集光线,生成碳水化合物。绿叶海蛞蝓吸收了这些物质,就再也不用四处觅食啦!它只需留意体内微型光合作用工厂的生产,为它们提供充足的阳光即可。

况且,绿叶海蛞蝓的身体也显然适应了这种转变。两片形如翅膀的伪足将身体拉宽。当伪足折起来时,它看上去就像只绿色的鼻涕虫,体态修长,顶端两只触角;而当“两翼”像太阳能电池板一样展开时,它的身体便与一片绿叶无异,背上的血管就是它的叶脉! 由于自己有能力制造有机物的缘故,所以绿叶海蛞蝓在光照下,即使长时间不吃不喝也毫发无损。但是,如果不能见到阳光的话,它们只能无奈地枯萎、变黄,最后死亡。

 

吸收阳光玩倒立

车轮水母也叫倒立水母,之所以会得这个名字,是因为它与其他水母不同,总喜欢圆盘在下,触手向上,倒着游。它们通常分布于西太平洋海域。在太平洋科罗岛著名的水母湖,每到中午时分,就能见到水面上浮起密密麻麻的车轮水母,一闪一闪地泛着金光,耀眼而壮观,那是它们正在畅快淋漓地进行日光浴。

车轮水母呈圆盘状,伞部直径可以达到一个盘子那么大。它的水母翼上有车轮状的图案,口腕上有8只触手,像蕾丝花边一样散开。它的体内寄居着一种单细胞虫黄藻。更加令人啧啧称奇的是,车轮水母体内的单细胞虫黄藻居然能通过母亲传递给子女,让下一代自然地具有了进行光合作用的能力,这种特性完全像植物一样。

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饿的时候车轮水母就会到有光的地方,然后把触手翻过来对着太阳,这些藻类便能顺利地进行光合作用,一会儿就“饱”了。当它们要移动时,又会恢复触手向下的姿势。但它们通常很懒,整个白天都会在阳光普照的浅水中沐浴,会大半天一动不动,或者慵懒地、慢吞吞地漂动,其实它们不动的时候正是在吸收太阳能来补充能量。有时为了获取更多阳光,它们会聚集到浅滩上,却在退潮时来不及回到深水中,而被晒成“海蜇干”。除了会利用光合作用的能量之外,车轮水母与其他水母一样会用触手上的刺丝胞捕食浮游动物,因为触手上的刺丝胞具有微弱毒性,所以尽量不要碰触。





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