在人们通常的概念中,光合作用只是植物的“专利”,而动物们只能依靠吃掉植物获取光合作用所生成的物质和储存的能量。不过世界之大无奇不有,很多动物也获得了“晒太阳就填饱肚子”的能力。例如,珊瑚和海绵的体内就分别寄生着虫黄藻和绿藻。而后者通过光合作用所产生的有机物,可以供给前者用来生长。然而在这两个例子中,动物们都需要借助完整的植物细胞来达到这一目的,充其量只能算作“共生”。

看《口袋妖怪》的时候,除了喜欢皮卡丘的萌,另外一个喜欢的要数妙蛙种子了。它从出生开始就一直背着一个半个身体大小的种子,而且会随着进化,种子不断地成熟、开花。正是因为身上有了这么一个植物结构,妙蛙种子经常可以在白天的时候,只要在阳光底下懒洋洋地坐着,就可以获得能量。

作者:Douglas Main

88必发官方唯一网站 1珊瑚内共生的虫黄藻。图片:Todd
LaJeunesse

妙蛙种子(

编译:EON

但是,在一种名为绿叶海天牛(Elysia
chlorotica
)的海蛞蝓体内,实现了真正意义上的“光合作用”。它依靠摄食获取了本身属于藻类的叶绿体,将其置于自己的细胞内进行光合作用,而更令人震惊的是,为了让这些叶绿体更好的工作,它甚至还“夺取”了原属于藻类细胞核中的基因。

妙蛙种子身上的那个种子(一说是个植物鳞茎)与妙蛙种子本身其实应该是一种共生的关系,种子或者说进化之后的花,可以为妙蛙种子提供能量以及藤蔓、孢子等攻击手段;另一方面,妙蛙种子也可以为背上的种子提供生长、发育的场所。总之就是各取所需。

编辑:Ent、东风

光合作用我也能

早在19世纪后期,人们就发现绿叶海天牛在取食一种称作滨海无隔藻(Vaucheria
litorea
)的藻类后,它的身体会逐渐变绿。显微镜观察显示,在它分支状的消化系统细胞内,居然出现了类似叶绿体的绿色颗粒结构。而后续的观察的确证明,这些绿色的颗粒的确就是来源于滨海无隔藻的叶绿体。

绿叶海天牛是如何获得原属于滨海无隔藻的叶绿体的呢?通过对它详细生活史的研究,才解开了这一谜团。当绿叶海天牛的幼虫(称作担轮幼虫)从卵中孵化之后,会游动着寻找滨海无隔藻,一旦找到就攀附在其上,并迅速变态发育成为幼年的绿叶海天牛。此时,它的身体还是无色的。而一旦幼年的绿叶海天牛开始啃食无隔藻,不出24小时它的身体就逐渐变绿,并最终稳定下来\[[1](https://apis.guokr.com/minisite/article/439936.json#Ref1)\]。可见,这些叶绿体都是在取食的过程中,从破碎的滨海无隔藻细胞中“提取”出来,并放置于消化道细胞之中的。科学家们给这些叶绿体起了一个特殊的名称,叫做“盗食质体”(kleptoplasty),以表明它的来源特性。

88必发官方唯一网站 2绿叶海天牛和它所取食的无隔藻。图片:参考文献2

绿叶海天牛不会无缘无故的获取这些叶绿体,这些叶绿体必然有它的用处。人们发现,当绿色的绿叶海天牛只要在有光的条件下,就能“忍饥挨饿”长达10个月——这相对于其一年左右的寿命来说,实在是有些长。而更为令人震惊的是,通过对绿叶海天牛的生理学测定,人们发现它和植物一样能够进行二氧化碳的固定和氧气的释放。人们有理由相信,绿叶海天牛获取这些叶绿体的真正目的,是依靠它们来进行光合作用,并利用光合作用产物为自己所用。这一假设,在随后的多个观察和实验中得到了证实。这些发现,让绿叶海天牛成为了动物界中独树一帜的“真·光合作用动物”。

妙蛙种子的藤蔓攻击(

如果要评选世界奇葩生物,海蛞绝对算一个。

若要叶绿体寿命长,须要核基因来帮忙

不过,要从取食的藻类中获得叶绿体并不困难。真正的困难之处,在于维持这些“夺”来的叶绿体能够长期稳定的存在。

从绿叶海天牛的生活史可以看出,它体内的叶绿体来源于摄食,在卵和幼虫期间并不存在,并且也没有任何观察表明这些叶绿体会在绿叶海天牛体内进行分裂和增殖。这就意味着一条开始依靠光合作用“辟谷”的绿叶海天牛,其体内的叶绿体都来自于早期的摄食。

然而,叶绿体内充斥着各种“易耗品”——负责执行光合作用的各种蛋白,需要不断的合成和补充,才能维持它的功能。但是,叶绿体所需要的蛋白,并不能完全由叶绿体本身合成。我们知道,叶绿体有自身的基因组和蛋白合成系统,然而它们并不完整——叶绿体很多必需蛋白的合成基因,已经转移到了细胞核基因组中。如果没有核基因的参与,独立的叶绿体会由于多种功能性蛋白的损耗而迅速失去活性\[[3](https://apis.guokr.com/minisite/article/439936.json#Ref3)\]

88必发官方唯一网站 3绿叶海天牛、其体内的叶绿体以及叶绿体中维持其功能所需的蛋白。用蓝色标出的蛋白都是需要依靠细胞核进行编码的。图片:参考文献1

事实上,在绿叶海天牛的一些近亲中,也能获取藻类的叶绿体,但它们都必须持续的啃食藻类,来更新体内消耗的叶绿体。唯有绿叶海天牛,在取食之后就能离开滨海无隔藻,长期保持“辟谷”状态,同时依然维持叶绿体的功能。然而,绿叶海天牛在啃食滨海无隔藻时只保留了叶绿体,而包括细胞核在内的其他结构都被破坏消失掉了,那么,如何在如此长的时间内,维持这些叶绿体的稳定和功能呢?一些科学家们大胆猜想:也许,原本在藻类细胞核中的叶绿体蛋白基因,存在于绿叶海天牛的细胞核。换句话说,绿叶海天牛,不仅夺取了滨海无隔藻的叶绿体,同时还夺取了它的核基因!

其实我小的时候就一直在想,要是现实生活中也可以像妙蛙种子那样实现营养的自养就好了,动物就可以不用吃些什么,仅靠阳光就可以存活。尽管知道这是幻想,但是没想到的是,自然界中居然还真有这种神奇的动物存在。

这类软体动物是雌雄同体,不仅“能攻能受”,还可以群体交配。它们也是偷窃大师,有的能用食物中的色素给皮肤换色,有的还会存储猎物的细胞。

夺取的藻类核基因

这一猜想并非无源之水。因为在对绿叶海天牛基因的研究中,科学家们已经发现通过PCR手段,能够从绿叶海天牛的DNA中克隆出属于滨海无隔藻的编码叶绿体蛋白的核基因。由于有人质疑这是绿叶海天牛消化道中滨海无隔藻残渣的影响,科学家们又检测了绿叶海天牛体内的这些滨海无隔藻核基因表达产生的RNA,结果显示,这些RNA的确存在。而随后,通过对绿叶海天牛和滨海无隔藻完整转录组的分析发现,在绿叶海天牛体内,表达了52个滨海无隔藻的核基因,而且其中相当多的基因都与光合作用相关\[[4](https://apis.guokr.com/minisite/article/439936.json#Ref4)\]

其实到了这里,已经有相当多的证据表明滨海无隔藻的核基因转移到了绿叶海天牛细胞核内,并且进行了表达。不过科学研究并非一路坦途,各种质疑必然会出现。例如有研究指出,通过对其他几种也能获取藻类叶绿体的海蛞蝓进行转录组分析后,没有发现有表达的藻类核基因。而另一项研究指出,通过对绿叶海天牛和滨海无隔藻的基因组测序数据分析,发现并二者并没有“共享”的核基因,尤其是在卵中没有发现滨海无隔藻的基因\[[5](https://apis.guokr.com/minisite/article/439936.json#Ref5),[6](https://apis.guokr.com/minisite/article/439936.json#Ref6)\]

因此在最近的研究中\[[7](https://apis.guokr.com/minisite/article/439936.json#Ref7)\],为了进一步考察滨海无隔藻的核基因是否真的转移到了绿叶海天牛的基因组内,特别是是否存在于尚未开始摄食的幼虫基因组中,科学家们采用了一种名为“荧光原位杂交”(Fluorescence
in situ
Hybridization,FISH)的技术进行检测。这项技术的原理是用一段特定的藻类核基因的单链片段作为探针,依靠DNA碱基互补配对的原则,来检测绿叶海天牛的基因组上是否具有相同的片段。如果有,那么单链的探针就会和绿叶海天牛基因组紧密结合,进而显示出荧光信号。科学家选择了一个名为prk的基因作为探针使用。之所以选择这一基因,是因为它是滨海无隔藻的核基因,而且其所编码的磷酸核酮糖激酶专一性的参与光合作用过程,此外更重要的是,在目前已知的所有不能进行光合作用的生物体中,都不存在这一基因。

88必发官方唯一网站 4FISH实验结果表明在绿叶海天牛的基因组中存在滨海无隔藻的核基因。图片:参考文献7

实验结果表明,在绿叶海天牛幼虫的染色体上,的确检测到了荧光信号,而且荧光信号还成对存在于姐妹染色单体上。通过这一细胞生物学实验,从细胞水平进一步证明了滨海无隔藻的核基因的确转移到了绿叶海天牛的基因组中,并且能够通过卵遗传给下一代。此外,作者也指出,之前基因组测序得出的“阴性”结果,很可能是基因组数据不完整造成的;而转录组数据分析得出的“阴性”结果,则体现了不同海蛞蝓物种间的分化。

先来说说“共生”

它们当中,还有动物界的终极“死宅”——绿叶海天牛(Elysia
chlorotica)。这种海蛞蝓不到5厘米长,能长达9个月甚至更长时间不吃东西,只用皮肤里的叶绿体进行光合作用。

基因横向转移,让生物界更精彩

动物获取原本属于植物的基因,这看起来似乎有些不可思议,但实际上,这一过程是现实存在的。由于这种基因的转移过程,不同于依赖生殖细胞的亲代-子代式的“垂直传递”,因此被命名为“水平基因传递”(Horizontal
gene transfer,HGT)。

在生物演化史上,最有名的HGT过程,莫过于线粒体的产生。线粒体是几乎所有真核细胞所具有的细胞器,它能进行有氧呼吸,从而为细胞提供能量。然而,最早期的线粒体,是一种独立生活的、能够进行有氧呼吸的原核生物。真核生物的祖先在吞噬它后,并没有将它消化,而是和它形成了一种奇妙的联盟:真核细胞为它提供有氧呼吸所需的有机物,而它则为真核细胞提供能量。在漫长的演化过程中,线粒体基因组上有相当多的基因通过HGT过程转移到了真核细胞的核基因组上,使得二者的关系更为密不可分。与此类似的是,植物中的叶绿体,也来源于一类被吞噬的光合细菌。这,就是著名的“内共生起源学说”。

88必发官方唯一网站 5叶绿体的若干次内共生起源和伴随的HGT事件。图片:参考文献1

在地球生物演化历史中,HGT并非是稀有事件,我们今天看到的绿叶海天牛和滨海无隔藻之间的HGT,或许就是HGT的又一次活生生的例证。通过与其他同样能获取藻类叶绿体、但缺乏相应核基因的海蛞蝓进行对比,我们可以大致整理出一个绿叶海天牛和滨海无隔藻间发生HGT的脉络:或许在最早期,这些海蛞蝓的共同祖先只是单纯的以藻类为食,但随后,一些海蛞蝓学会了从藻类中获取叶绿体来提供部分能量,供给其生理活动。但此时,它们仍需要不断的取食藻类,以更新体内的叶绿体。而到了绿叶海天牛,它从被破碎的滨海无隔藻细胞核中摄取了DNA,并整合到自己的基因组中,以此获得了不需要持续摄食就能长期维持叶绿体功能的能力。这使得它能够摆脱食物的限制,更有效的进行繁殖等活动。

更有意思的是,在这一对组合中作为基因供体的滨海无隔藻,它的叶绿体居然也是两次内共生和HGT的产物:第一次HGT发生于前面说过的所有植物叶绿体的起源过程,这一过程诞生了所有绿色植物的祖先绿藻,以及其他多种真核藻类;而第二次则发生于滨海无隔藻祖先的起源:作为真核藻类一支的红藻,其中一种原始红藻又被另一类真核细胞所吞噬,并将基因转移到宿主的基因组内,从而形成了滨海无隔藻的祖先\[[1](https://apis.guokr.com/minisite/article/439936.json#Ref1)\]。由此看来,绿叶海天牛所获得的滨海无隔藻的核基因,恐怕算是“三手基因”了。

88必发官方唯一网站 6在生物演化过程之中,出现了多次HGT事件,使得“演化之树”变成了“演化之网”。图片来源:Nature
Reviews Microbiology

那么,为什么会产生HGT呢?科学家们依然对此不甚了解。一种较为显而易见的解释是,在内共生的过程中,宿主细胞获取寄生细胞的基因,可以增加对寄生细胞的控制性,并加强二者的合作关系。而另一种可能的解释是,HGT的发生可以增加宿主细胞基因组的多样性,从而为产生更多具有新功能的基因提供“原料”。而实验数据也表明,转移到核基因组中的线粒体基因和叶绿体基因中,有很多已经产生了全新的功能。这一过程,对于基因组较为简单的早期生物体来说,这是促进演化的重要动力。不过在基因组更为复杂、同时具有复杂组织器官分化的后期生物体内,HGT的“戏份”大大下降,演化的“原料”主要靠基因组的变异和重组来实现。

当然,这些解释,还无法解答所有HGT的谜团,诸如HGT具体的实现机制如何、HGT是否具有基因选择性等问题,仍然有待人们的探索。但毫无疑问的是,作为这一代表的绿叶海天牛和滨海无隔藻,将是回答这些问题的一把金钥匙。(编辑:老猫)

大自然中所有的生物都不可能脱离其它而单独存在,因此不同的生物物种之间必然会存在多种多样的关联——共生就是其中的一种。所谓「共生」指的是「共同生活」的意思,而这种共同生活根据它给双方带来后果的不同而又有不同的定义,比如说如果对双方都是有利的,那就是互利共生;而如果是一方寄附于另一方并以另一方的养分存活的,是寄生。这是我们最熟悉的两种,除此之外还有偏利共生(一方获益,另一方无影响)、偏害共生(一方受害,另一方无影响)、竞争共生(双方均受损),甚至无关共生(双方无益无损)等。

88必发官方唯一网站 7

参考文献

  1. Rumpho ME et al (2011) The making of a photosynthetic animal. The
    Journal of experimental biology
    214(2):303-311.
  2. Green BJ et al (2000) Mollusc-algal chloroplast endosymbiosis.
    Photosynthesis, thylakoid protein maintenance, and chloroplast gene
    expression continue for many months in the absence of the algal
    nucleus. Plant physiology 124(1):331-342.
  3. Rumpho ME et al (2008) Horizontal gene transfer of the algal
    nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia
    chlorotica
    . Proceedings of the National Academy of Sciences of the
    United States of America
    105(46):17867-17871.
  4. Pierce SK et al (2012) Transcriptomic evidence for the expression
    of horizontally transferred algal nuclear genes in the
    photosynthetic sea slug, Elysia chlorotica. Molecular biology and
    evolution
    29(6):1545-1556.
  5. Bhattacharya D et al (2013) Genome analysis of Elysia chlorotica
    egg DNA provides no evidence for horizontal gene transfer into the
    germ line of this kleptoplastic mollusc. Molecular biology and
    evolution **
    30**(8):1843-1852.
  6. Wagele H et al (2011) Transcriptomic evidence that longevity of
    acquired plastids in the photosynthetic slugs Elysia timida and
    Plakobranchus ocellatus does not entail lateral transfer of algal
    nuclear genes. Molecular biology and evolution 28(1):699-706.
  7. Schwartz JA Curtis NE & Pierce SK (2014) FISH Labeling Reveals a
    Horizontally Transferred Algal (Vaucheria litorea) Nuclear Gene on
    a Sea Slug (Elysia chlorotica) Chromosome. Biol Bull
    227(3):300-312.

另一方面,共生也可以分为「外共生」和「内共生」。「外共生」大家见得多,共生体生活在宿主的外表面,比如说各种烦人的蚊虫,或者小丑鱼与海葵等等。而「内共生」则是指生活在宿主的组织内甚至细胞内,比如说弓形虫可以寄生在细胞内等等。不管是外共生还是内共生,相互作用的都是两个完整的生物体,然而有一种海洋软体生物却与藻类的叶绿体内共生,形成一种像妙蛙种子一样的半植物半动物状态。

绿叶海天牛 | PATRICK J. KRUG

小丑鱼与海葵的共生(wikipedia.org)

会进行光合作用的动物?

可以不看的段落!!

等等,我生物不好你别骗我,动物哪来的叶绿体?而且这些叶绿体还有用?

自然界中以共生体的形式实现光合作用利用的动物有很多,比如说多种多孔动物(海绵)及刺细胞动物等,它们都是把藻类共生在自己的身体里。然而在海洋中的某些海蛞蝓,却可以把自己食物——某种海藻消化后剩下的叶绿体共生到自己的身体内,让它们产生能量为自己所用。

答案并不颠覆你的生物常识,叶绿体是它们在啃食藻类时“偷”来的。按理说,叶绿体会被动物的肠胃破坏掉,或者遭到免疫系统的攻击。但绿叶海天牛能长期维持叶绿体,也不会受到它们的伤害——大部分动物都难以忍受光合作用产生的游离氧的浓度。

能够进行光合作用的各种海蛞蝓,其中D图为绿叶海天牛(参考文献[3])

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其中最为典型属绿叶海天牛Elysia
chlorotica
),从分类学上它属于动物界-软体动物门-腹足纲-囊舌目-海天牛科-海天牛属-绿叶海天牛。这种海天牛以一种叫滨海无隔藻(Vaucheria
litorea
)的海洋藻类为食。绿叶海天牛可以用自己的舌齿把藻类的细胞壁刺破,然后吸取里面的内容物到消化系统进行消化吸收,不过这其中的叶绿体得以保留并进入绿叶海天牛的肠细胞中继续保持活力。科学家们把这种盗取叶绿体为己用的现象称为「盗食质体」(Kleptoplasty)。

叶绿体简易图解 | 维基百科

正在啃食滨海无隔藻的绿叶海天牛(Elysia chlorotica)(wikipedia.org)

其实,也有其他种类的海蛞蝓能夺取藻类的叶绿体,用其捕获某些射线等,但它们需要不断更新叶绿体。这是因为叶绿体要消耗各种蛋白,而这些蛋白的相关基因在藻类的核基因中,叶绿体是无法自产自足的。

显微镜下的滨海无隔藻(Vaucheria litorea)(wikipedia.org)

换句话说,要维持叶绿体的话,动物必须利用藻类基因或者藻类基因表达的产物。

绿叶海天牛的盗食质体(出处见图注)

能转移基因的“偷窃”大师

幼虫时期的绿叶海天牛通体褐色并带有红色斑点,然而随着叶绿体的不断摄入,绿叶海天牛不断变绿,至成体的时候就像是海中一片舞动的绿色叶子。当我们把这些绿叶海天牛从野外移到实验室中,不提供食物,仅提供光线和二氧化碳的情况下也能存活10个多月。这是光合作用吗?

绿叶海天牛似乎不用担心这一点。有研究表明,它们的基因组含有转移自藻类的基因,这些基因随着进食的过程发生转移。这是一种惊人的生化本领,我们或许可以用其操控人类或其他动物的基因。

有一点争议的就是,有科学家认为进入到海天牛体内的叶绿体起到的并非是光合作用,而是一个营养物质储备的功能。尽管如此,学术界主流的观点还是认为叶绿体在海天牛中是发挥了完全作用的。证明在于,不同光照条件下(24小时光照、12小时光照12小时黑暗、24小时黑暗)饥饿生活的海天牛,它的体长和死亡率等都有着明显的差异(24小时全日光照的绿叶海天牛体重下降最缓慢,死亡率最低)。这说明光照对于海天牛的能量获取是有关键作用的,也是归功于共生在海天牛身上叶绿体的光合作用。

不过也有研究者对此提出质疑,他们发现,绿叶海天牛的卵和幼虫体内已经存在藻类基因,这就意味着,这些基因可能是与生俱来的。

共生在绿叶海天牛消化管道中的叶绿体(wikipedia.org)

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可能有人会问,绿叶海天牛吃植物,我们也吃植物啊,为什么我们就不能像海天牛一样「盗取」植物里的叶绿体为我们自己所用呢?

绿叶海天牛长得也很像叶子 | PATRICK J. KRUG

这也确实是一个有趣而又亟待解决的问题。我们之所以不能,是因为我们的消化系统中有着各种各样的酶,它们会直至把食物中的残渣消化成糖类、蛋白质、脂肪等物质才能被吸收给身体利用,所以叶绿体根本不可能逃过这一关。但是海天牛又是怎么做到的呢?而且共生在其中的叶绿体又是怎么逃过自身免疫防御的?直到现在也还没有一个确切的定论。

叶绿体的维持机制也许不仅仅和藻类基因有关。最近发表于《分子生物学和演化》的研究发现,当绿叶海天牛获得叶绿体时,一些基因表达产物会抑制免疫系统,同时,氧化应激机制的相关基因的活性也增加了。研究者还指出,珊瑚及其共生光合藻类之间也有同样的互动机制。

还有一个困惑科学家们的现象是,叶绿体在脱离了滨海无隔藻的自身环境之后,为什么就这样「欣然地」接受了绿叶海天牛的新环境也在里面正常发挥作用了呢?而且我们必须要注意到的是,尽管叶绿体是细胞内唯二具有自身遗传和蛋白合成系统的细胞器(另一个是线粒体),但是叶绿体本身也只能合成光合作用所需要的部分蛋白,还有大部分所需蛋白组件的编码基因在核基因组上。不仅如此,核基因组里也存在着大量编码维持叶绿体蛋白的基因,脱离了这样一个环境,叶绿体最多也只能继续发挥活性不过几天,怎么就能在绿叶海天牛里「存活」十个多月这么久呢?

研究前途是光明的

叶绿体的结构(译自wikipedia.org)

道路是曲折的

科学家们研究推测,这有很可能与滨海无隔藻和绿叶海天牛中存在基因的水平转移(Horizontal
gene
transfer,HGT)有关。水平基因转移这个概念,当然是与垂直基因转移相对的,而后者指的是生物个体通过遗传将自己基因传递给后代的行为,前者是指差异生物个体之间的基因转移,这个差异生物个体可以是同种但是遗传信息不一样的两个个体,也可以是完全没有任何亲缘关系甚至种类完全不一样的两个个体。

能够维持叶绿体,还不会受到外源基因的损害,绿叶海天牛的这种能力具有广泛的研究前景,进一步的研究有望应用于免疫学和基因治疗等领域。

研究发现,使用聚合酶链式反应(PCR),可以从绿叶海天牛的基因组中扩增出只有滨海无隔藻核基因组中才存在的编码捕光蛋白的基因;另一方面,使用原位荧光杂交技术(FISH),在绿叶海天牛胚胎的染色体中,检测到了滨海无隔藻核基因才有的光合作用暗反应关键蛋白基因prk。这也成为了这两个物种之间进行过水平基因转移的有力证据,因为染色体组原位的检测,直接排除了可能存在外源的藻类基因污染。

然而,相关的研究并没有多少明确的结论,而且进展也很缓慢。研究面临的阻碍有很多,例如绿叶海天牛会分泌大量粘液,增加DNA和分子分析的复杂程度。此外,为数不多的研究者中的大部分都已退休,还有人换了研究方向。

FISH标记的两个绿叶海天牛染色体组,两个绿色的点标记的是prk基因(参考文献[4])

目前,科学家们只在美国东海岸和加拿大的新斯科舍省发现了绿叶海天牛。尽管不同的研究团队尝试了多次,仍然难以收集到野外物种。

这说明,绿叶海天牛通过水平基因转移,获得了滨海无隔藻核基因组中与完成光合作用有关的基因,并将之整合到自己的基因组中进行稳定的遗传。所以对于绿叶海天牛的后代而言,它们只要及时的找到滨海无隔藻,获得其中的叶绿体,就可以直接实现光合作用并稳定利用它带来的能量。

但在实验室里培育它们更加困难。成年的绿叶海天牛需要仔细照顾和喂养,它们通常都活不过一年。虽然从卵孵化的幼虫会自由游动,啃食不同的藻类,但是当它们发育为成虫时,就只“独爱”滨海无隔藻(Vaucheria
litorea),两者在此时会形成一种共生关系。

绿叶海天牛的生活史(参考文献[1])

88必发官方唯一网站 10

绿叶海天牛这种「盗食质体」有什么好处呢?据推测,这样就可以使它们有了更多的精力去完成繁殖和躲避天敌的任务,而不用把时间过多地浪费在寻找食物上,毕竟它们的寿命只有不到一年。

共生的绿叶海天牛和滨海无隔藻 | Natinonal Science Foundation

「一本道」时间。

问题是滨海无隔藻长得太慢,也很难培养。研究者表示,藻类的生长速度,赶不上绿叶海天牛的进食速度。好在,已经有科学家在实验室培育出它们的很多代。

88必发官方唯一网站,与绿叶海天牛类似,妙蛙种子要实现与背上的植物体「和平」互利共生,至少要解决以下几个问题:

不过,要进一步开展研究的话,我们急需找到培养大量绿叶海天牛的方法。正如研究人员所说,它们的稀缺性是一大问题。

首先,妙蛙种子身上的植物体必须存在可以逃避妙蛙种子本身免疫系统攻击的机制,否则的话难以做到长期共存。

参考文献:

其次,妙蛙种子的「共生」,除了表型上看到的共存之外,共生还必须深入到神经系统、循环系统,乃至遗传物质也要「共生」为一体,这样才能保证双方的紧密结合、营养互通,以及妙蛙种子对藤蔓、孢子等攻击的灵活运用。

Arlinghaus A and Nachreiner F. Health effects of supplemental work from
home in the European Union. Chronobiology International. 2014.

还有一个方面是我突然间想到的,妙蛙种子体内必须要处理好光合作用带来的高氧含量问题(不知道妙蛙种子是只有植物体部分可以光合作用还是全身绿色的都可以…),虽然氧气对于动物体来说是必须的,但是氧分压过高会引起细胞损伤,也即所谓的「氧中毒」。对于绿叶海天牛来说,体内如此丰富的叶绿体在光照的情况下不断进行光合作用,也不可避免的会产生大量的活性氧(ROS)发生细胞损伤,但是绿叶海天牛似乎有一套系统可以通过ROS介导,启动体内的清除/抗氧化系统或者通过调节减少光照,降低氧含量,从而避免损伤。因此,这也将是妙蛙种子必须要面对的问题。

编译来源:medicaldaily.com,Check Email After Work?3 Tips To Stop
Obsessing Over Notifications, For Your Health’s Sake

以上便是今天由妙蛙种子扩展给大家的绿叶海天牛的故事,没想到吧,动漫也并非都是天马行空、不着边际,动物原来也能进行光合作用。神奇的大自然生物还有很多,我们下期再见!

参考文献:

[1] Rumpho M E, Pelletreau K N, Moustafa A, et al. The making of a
photosynthetic animal[J]. J Exp Biol,2011,214(Pt 2):303-311.

[2] Pelletreau K N, Weber A P M, Weber K L, et al. Lipid Accumulation
during the Establishment of Kleptoplasty in Elysia chlorotica[J]. Plos
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[3] Pierce S K, Curtis N E, Middlebrooks M L. Sacoglossan sea slugs
make routine use of photosynthesis by a variety of species‐specific
adaptations[J]. Invertebrate Biology, 2015, 134(2):103-115.

[4] Schwartz J A, Curtis N E, Pierce S K. FISH labeling reveals a
horizontally transferred algal (Vaucheria litorea) nuclear gene on a sea
slug (Elysia chlorotica) chromosome[J]. Biol Bull,2014,227(3):300-312.

[5] de Vries J, Woehle C, Christa G, et al. Comparison of sister
species identifies factors underpinning plastid compatibility in green
sea slugs[J]. Proc Biol Sci,2015,282(1802).

[6]


本文为特邀科普作者Mr-HH的原创文章,希望你们喜欢~