人類能否像植物一樣進行光合作用?

2020-12-05 聽泉烹茶

人類必須通過種植、打獵、養殖等方式得到食物,以提供身體所必需的能量。在大自然中,很多生物並不需如此,例如植物、海藻以及很多種細菌可以通過光合作用維持生存。那麼人類是否可以使我們的身體像植物一樣,從太陽能中獲取食物呢?

通常說來,動物是無法進行光合作用的,但是一切規則總有例外。豌豆蚜是一個新發現的變異物種,它是農民的敵人但卻是基因學家的朋友。法國索菲亞阿格羅生物技術研究所的阿蘭·羅比臣,就曾發現豌豆蚜利用從真菌中「竊取 的基因,使自身能產生色素,從而通過太陽獲取能量的例子。另一種昆蟲,東方大黃蜂也有類似的本領。

不過,這兩個案例都具有爭議,這兩種昆蟲只是將陽光轉換成了能量,但並沒有進行真正的光合作用——將二氧化碳轉化為糖分。 當然,也有動物進行真正的光合作用。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,藻類能進行光合作用並且為共生的珊瑚蟲提供營養。一些海葵、蛤蚌、海綿等動物也有能進行光合作用的共同體,甚至還有脊椎動物——斑點蠑螈,那些能進行光合作用的藻類已經侵入了它們的細胞的內部。

儘管有這麼多種類的例子,光合作用共生體仍是例外而不是普遍規則。好在能進行光合作用的「種子」並不難以播種。2011年,加州大學洛杉磯分校的生物學家克裡斯蒂娜·阿加帕奇斯在斑馬魚胚胎期,將細菌注入了這種魚。遺憾的是,之後什麼也沒發生,這種魚不會光合作用,但也並沒有排斥這種細菌。阿加帕奇斯的實驗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,光合作用是在一個被稱作葉綠體的微小結構中發生的,它廣泛存在於各種植物和藻類的細胞中。因此,與其和一個植物共生,為何不直接將它的葉綠體據為己有呢? 有動物這樣做過,比如海兔。這種美麗的生物以藻類為食,並將竊取來的葉綠體分布在消化道內,為它提供能量,使得它「活得像個植物」。這對於海兔至關重要,失去了葉綠體的海兔通常都無法活到成年。

海兔如何維持並且使用葉綠體仍然是一個謎團。不過可以確定的是,這些結構並不能像快閃記憶體盤一樣能「即插即用」。因為葉綠體會用數以百計的蛋白質——都是在海兔的細胞核中製造,並且又移植到了葉綠體中的。以現有的技術,破解這上百個基因片段是不太可能的事情。即使全部破解成功了,將人類細胞變成兼容葉綠體的細胞,也是項十分浩大的基因工程。

可以設想一下,人類能與藻類等植物共生,細胞內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。並且,為了得到更多的能量,需要儘可能大的表面積,植物就擁有又大又平的採光平面——葉子;海兔又綠又平,看起來也像是一片葉子,同時它是透明的,因此陽光可以穿透它的組織,進入體內的葉綠體中。

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的能量—— 動物所需的能量遠遠高於植物。如果人類要依靠光合作用生存,那麼必須擁有類似樹葉的大平面接受陽光,然後還需要保持靜止,以減少消耗。從某種意義上講,這時的人已經變成了樹。

其實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,並以此為食,這已經是大規模地有效利用光合作用了。農業就是人類與植物一個共生關係, 不過與豌豆蚜、海兔不同的是,它們將光合作用放在體內,我們將植物種在地裡。

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    光合作用使得人類文明的誕生和發展成為可能,被認為是地球上最重要的化學反應。 光合作用過程中發生光能-電能轉化的核心被稱為反應中心。光合反應中心如何工作?如何起源進化?人類能否利用自然界的光合作用機制來提高太陽能利用效率?科學家們一直在積極對光合作用機理開展廣泛的研究,尋找這些問題的答案有助於幫助我們解決糧食、能源和環境問題。
  • 可以進行光合作用的動物
    在我的認知中,光合作用是植物的專屬,動物都是通過進食獲取營養,今天了解到一種神奇的動物,它改變了我的認知--綠葉海蝸牛。綠葉海蝸牛是一種腹足軟體類動物,它的身體比較小,成年體長僅為3釐米左右,主要生活在北美洲東岸沿海的淺水或鹽沼中,幼年的綠葉海蝸牛身體呈紅褐色、半透明、有點像鼻涕蟲,成年後就變成如翡翠般碧綠,宛如飄落在深海中的一片綠葉。它的身體不僅外觀像樹葉,並且也擁有像樹葉一樣能進行光合作用的神奇功能。
  • 它們是植物還是動物?光合作用是怎麼演化而來的?
    無色細胞逐漸形成一種用來吞噬新的綠色海藻細胞的「進食口」,也就是一個比較發達的像嘴一樣的器官。當綠色海藻細胞被吞噬的時候,它就失去了自己的小尾巴和自己的外部結構,成為宿主的一部分。而無色細胞吃完海藻後,它就失去了應有的作用,也就退化了。
  • 人類若進化出光合作用,可以取代植物嗎?
    審核:小文我們知道,地球上的植物都是通過光合作用獲取能量來存活下來的,除了植物之外,也有一些簡單的動物也是靠光合作用來存活下來的,例如生活在海洋裡的海蝸牛,又或者是生活在陸地上的豌豆芽,這兩種動物都是靠光合作用存活下來的,當然它們偶爾也會吃一下食物,但主要的還是靠光合作用來獲取能量
  • 植物生長需要光照,月亮能讓植物進行光合作用嗎?
    月光本質上是月球對太陽光的反射,其中也包含了整個可見光波段,可以讓植物進行微弱的光合作用,但是月光的輻射能量密度太低,無法維持植物全部的生長所需。地球上所有植物的光合作用原理都是相似的,植物通過光合作用把二氧化碳和水轉化為有機物,然後釋放氧氣,主要包含了光反應和暗反應兩個階段。
  • 植物生長需要光照,如何能讓植物進行光合作用嗎
    月光本質上是月球對太陽光的反射,其中也包含了整個可見光波段,可以讓植物進行微弱的光合作用,但是月光的輻射能量密度太低,無法維持植物全部的生長所需
  • 【植物知識】光合作用
    ,它們沒有消化系統,因此它們必須依靠其他的方式來進行對營養的攝取,植物就是所謂的自養生物的一種。 對於綠色植物來說,在陽光充足的白天,它們利用太陽光能來進行光合作用,以獲得生長發育必需的養分。 這個過程的關鍵參與者是內部的葉綠體。葉綠體在陽光的作用下,把經由氣孔進入葉子內部的二氧化碳和由根部吸收的水轉變成為澱粉等能源物質,同時釋放氧氣。