走进科学:人类能否从太阳能中获取食物?

  编辑:鱼翅
2015年01月24日 10:58来源于:环球人文地理
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  人类必须通过种植、打猎、养殖等方式得到食物,以提供身体所必须的能量。在大自然中,很多生物并不需如此,例如植物、海藻以及很多种细菌可以通过光合作用维

人类必须通过种植、打猎、养殖等方式得到食物,以提供身体所必须的能量。在大自然中,很多生物并不需如此,例如植物、海藻以及很多种细菌可以通过光合作用维持生存。它们仅利用阳光和神奇的化学反应,就能在体内产生能量。那么人类是否可以也做到类似的事情呢 ?我们的身体能否也变得像植物一样,从太阳能中获取食物呢?

通常说来,动物是无法进行光合作用的,但是一切规则总有例外。豌豆蚜是一个新发现的变异物种,它是农民的敌人但却是基因学家的朋友。法国索菲亚阿格罗生物技术研究所的阿兰·罗比臣,就曾发现豌豆蚜利用一种类胡萝卜素的色素通过太阳获取能量的例子。该蚜虫从真菌中“窃取”的基因,使自身能产生色素。另一种昆虫,东方大黄蜂也有类似的本领。它们在白天非常活跃,而且温度越高越活跃,这是因为其腹部的黄色色素能将阳光转化为电能。

不过,这两个案例都具有争议,这两种昆虫只是将阳光转换成了能量,但并没有进行真正的光合作用——将二氧化碳转化为糖分。

当然,也有动物进行真正的光合作用。珊瑚虫是最典型的例子,它们寄生在微小得只能用显微镜才能看到的藻类中,藻类能进行光合作用并且为共生的珊瑚虫提供营养。一些海葵、蛤蚌、海绵等动物也有能进行光合作用的共同体,甚至还有脊椎动物——斑点蝾螈,那些能进行光合作用的藻类已经侵入了它们的细胞的内部。

尽管有这么多种类的例子,光合作用共生体仍是例外而不是普遍规则。好在能进行光合作用的“种子”并不难以播种。2011年,加州大学洛杉矶分校的生物学家克里斯蒂娜·阿加帕奇斯令斑马鱼接受了会光合作用的细菌。在斑马鱼胚胎期,她就将细菌注入了这种鱼。遗憾的是,之后什么也没发生,这种鱼不会光合作用,但也并没有排斥这种细菌。阿加帕奇斯的实验表明脊椎动物至少可以忍受光合微生物的存在。

还有一种让动物进行光合作用的方法:直接窃取它们的“加工厂”。众所周知,光合作用是在一个被称作叶绿体的微小结构中发生的,它广泛存在于各种植物和藻类的细胞中。因此,与其和一个植物共生,为何不直接将它的叶绿体据为己有呢?

有动物这样做过,比如海兔。这种美丽的生物以藻类为食,并将窃取来的叶绿体分布在消化道内,为它提供能量,使得它“活得像个植物”。这对于海兔至关重要,失去了叶绿体的海兔通常都无法活到成年。

海兔如何维持并且使用叶绿体仍然是一个谜团。不过可以确定的是,这些结构并不能像闪存盘一样能“即插即用”。因为叶绿体会用数以百计的蛋白质——都是在海兔的细胞核中制造,并且又移植到了叶绿体中的。以现有的技术,破解这上百个基因片段是不太可能的事情。即使全部破解成功了,将人类细胞变成兼容叶绿体的细胞,也是一项十分浩大的基因工程。

可以设想一下,人类能与藻类等植物共生,细胞内也加入了控制叶绿体的基因,获得了光合作用的能力,这会给我们带来不同吗?答案也许会令人失望。如果无法尽最大限度将自己暴露在阳光下,光合作用就是一种毫无用处的能力。并且,为了得到更多的能量,需要尽可能大的表面积,植物就拥有又大又平的采光平面——叶子;海兔又绿又平,看起来也像是一片叶子,同时它是透明的,因此阳光可以穿透它的组织,进入体内的叶绿体中。

人类既没有叶子又不透明,即使全身皮肤都是充满叶绿体,光合作用也只能提供少得可以忽略不计的能量——动物所需的能量远远高于植物。如果人类要依靠光合作用生存,那么必须拥有类似树叶的大平面接受阳光,然后还需要保持静止,以减少消耗。从某种意义上讲,这时的人已经变成了树。

其实人类一直在用另外的方式享受着光合作用。人们驯化动物、播种植物,并以此为食,这已经是大规模地有效利用光合作用了。农业就是人类与植物一个共生关系,不过与豌豆蚜、海兔不同的是,它们将光合作用放在体内,我们将植物种在地里。


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