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2021-10-02 17:07

海蛞蝓可以由太阳能驱动

an Elysia sea slug perched on algae

在Sacoglossa组中研究海蛞蝓可能意味着接受一些非常富有想象力的电子邮件。南佛罗里达大学的西德尼·k·皮尔斯(Sidney K. Pierce)几年前退休了。“但是直到今天,”他告诉我,“在他们的科学课上,那些偶然发现这种神奇的软体动物的小孩总是问我问题”——他们想知道它们是否能帮助“结束世界饥饿”。

皮尔斯向我保证,答案是否定的。但这个提议并不完全古怪。几种囊藻海蛞蝓可以从太阳光中获取能量,并仅利用它们细胞的内容物将其转化为化学食物包。换句话说,它们进行光合作用——可以说是地球上植物和藻类所做的最植物性的事情。

当然,海蛞蝓不是植物或藻类。它们是一种标准的动物,模糊了生物王国之间的界限,多亏了一种壮观的盗窃行为:它们从它们吃的藻类中窃取光合作用机制——细胞内的结构称为叶绿体——并将绿色的、能转换光线的斑点长期储存在体内。有些物种可以从这些自我补充的零食包中获得几个月的营养,甚至可能超过一年。皮尔斯广泛研究过的一种海蛞蝓,绿叶Elysia chlorotica,在它年轻时只吃了一次富含藻类的食物后,就可以在不进食的情况下度过余生——闲逛、交配、振动。“我们在地里收集它们,”他告诉我,“然后我们再也不喂它们了。”

人类不会这样做;据我们所知,我们的身体还没准备好实施这些大抢劫。但是,我们可以。“如果我们只吃了一周的沙拉,然后你就再也不用担心从哪里获取营养了,那会是什么样子?”缅因大学(University of Maine)的凯伦·佩尔托(Karen Pelletreau)告诉我。这种蛞蝓的重罪壮举,被称为盗窃成形术,是如此非凡,以至于被神创论者视为智能设计的证据。(明确地说,这是进化。)研究人员仍然不确定这些植物手势动物是如何做到这一切的。

an Elysia timida sea slug
海蛞蝓一种海蛞蝓(保罗Cartaxana)

一些以前的本质不同物种间,但总的来说,这种海蛞蝓,跑到一个两英寸的长度,将抓住straw-shaped的藻类,穿刺一颗牙齿,并把它的内容就像一个大学生鸟枪测序一个啤酒。由此产生的污泥会淹没蛞蝓的über-branched肠道,在那里,它们被保存完整叶绿体的细胞捕获,同时分解或丢弃其他一切藻类。太阳能驱动的海蛞蝓孵化时往往呈半透明或白色。但叶绿体在它们扁平的、波浪般的身体的很大一部分形成了惊人的铜绿。20世纪70年代,一位发现绿叶藻绿宝石色的先驱生物学家称其为“爬行的树叶”。

大多数sacogssan海蛞蝓不是太阳能的同类;它们消化叶绿体和其他东西。坦率地说,其中某些物种能让这些小结构维持几天、几周或几个月的运作,简直是疯了——而且一开始似乎是不可能的,因为叶绿体是多么依赖于它们的原生宿主细胞。数百万年前,叶绿体是自由生活的细菌,最终被更大的细胞吞噬;作为交换,微生物为它们的宿主提供能量,形成永久的相互依赖关系。如今,植物和藻类的叶绿体离不开蛋白质,而蛋白质完全是由细胞核中的基因制造的,在海蛞蝓的识别消化系统中无法存活。把一个叶绿体塞进海蛞蝓细胞里,指望它能跑起来,就像让一辆汽车在没有汽油或加油站的高速公路上无限期地行驶一样。(这也是为什么我们人类不能把叶绿体放入试管中就能获利。)然而,即使没有了核随从,叶绿体仍然存在并工作。“这似乎是一个生物技术奇迹,”罗格斯大学的德巴什·巴塔查里亚告诉我。“它们到底是怎么让叶绿体存活的?”

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多年来,人们提出了几种可能的解释。在一个实验中,海蛞蝓使用自己的内部装备来偷工减料地组装叶绿体,使它们更耐用。在另一项研究中,这些动物设法洗劫了藻核,吸收了增强叶绿体的基因,尽管与我交谈过的大多数研究人员都认为这一观点的证据不足或混杂。几年前,一组科学家提出另一种变通方法:可能是绑架了叶绿体光合工厂的蛞蝓少很重要,作为独立的食品stores-mini,细胞内在卡路里缓存,可以消化的动物的营养需要,像骆驼的来自驼峰。在这种情况下,叶绿体的维护可能会半途而废。

皮尔斯告诉我这个想法没有多少人支持。(这也不能否认海蛞蝓是太阳能的可能性:例如,一些物种可能在数周的时间里榨取叶绿体的光合作用后,利用这些储备。)和许多专家完全确信,爱丽霞chlorotica和几个最亲密的亲人,最大的好处窝藏藻违禁品中心完全光合作用,特别是因为“危险的业务去偷一个叶绿体,”保罗Cartaxana,研究这种海蛞蝓威大学,在葡萄牙,告诉我。叶绿体是脆弱的和挑剔的;它们工作时释放出有毒化合物。这些机构肯定提供了巨大的福利,否则他们早就被解雇了。这方面的证据确实层出不穷。

一些囤积叶绿体的海蛞蝓在吸收阳光后会活得更长,长得更大。缅因州大学的Pelletreau在先前的研究中合作表明,特别是e.c otica似乎完全依赖于叶绿体;没有它们,植物就会在年轻时死亡。最近的一项研究提出,在某些海蛞蝓故意将自己斩首,并开始从被砍下的头长出新的身体的艰巨工作后,叶绿体的能量甚至可能足以维持它们的生存。

进一步的证据表明,这些动物具有强大的光合作用,来自在原子尺度上追踪叶绿体产生的化学食物包的研究,当它们迁移到海蛞蝓的组织中,在那里它们可能会促进各种海洋迟缓的东西。Cartaxana最近的工作展示了一些新的东西:在绿叶Elysia的近亲Elysia timida中,来自肠道细胞叶绿体的物质最终会进入生殖组织,并增加新海蛞蝓父母产下的卵的数量。(E. timida蛞蝓,虽然在餐桌上贪婪的窃贼,是非常相互的恋人。它们都是雌雄同体,它们的交配方式是头对头碰撞,并用右眼下方脱落的阴茎相互授精。)

绿海蛞蝓属的海蛞蝓,是绿海蛞蝓的近亲,正在进行交配拥抱。(保罗Cartaxana)

“产卵是一项巨大的生殖投资,”同样来自阿威罗大学(University of Aveiro)的Sónia Cruz告诉我,他是E. timida新研究的另一位作者。“这消耗了他们很多精力。”每只蛞蝓都要产数百个卵,每一个卵都含有足够的营养物质,以在它们的后代早期发育期间维持生命。叶绿体似乎提供了一种能量上的恩赐,在某些情况下,使蛞蝓的产量加倍。

安娜Karnkowska,华沙大学的进化生物学家,在波兰,告诉我,教训可以吸取chloroplast-stealing俱乐部的其他成员,其中大部分是单细胞生物,如甲藻(尽管至少两个海洋蠕虫似乎短暂劫持的结构)。这些单细胞海盗被认为与它们的叶绿体有着特别紧密的关系;对他们来说,盗窃成形术可能是将结构永久固定在细胞内并使其世代遗传的中间步骤。

海蛞蝓有多细胞的解剖结构和复杂的生活方式,它们要把偷来的叶绿体传递下去要困难得多。据科学家所知,蛞蝓的行为类似于黑市器官盗窃,但仅此而已:当动物死亡时,其叶绿体也随之死亡。Karnkowska说,即使叶绿体的存在是一条死胡同,但重新思考生物相互作用的奇怪和挑战分类的方式也是一种令人着迷的推动。蛞蝓为叶绿体提供了一个家,并在一段时间内伪装成伪植物;反过来,叶绿体成为这场大屠杀中唯一的幸存者,在其他藻类同伴无法忍受的地方生存下来。

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