關于ZAKER 合作
      科普中國 54分鐘前

      把葉綠體“偷”到自己體內,這些動物曬太陽就能活!太太太爽了

      眾所周知,植物最會 " 接陽光 " ——它們能把太陽的能量轉化成自己身體里的化學能。而動物呢,通常則需要吃其他生物來獲得能量。

      不過總有些家伙不按常理出牌。有一群 " 懶漢 " 動物,能 " 偷 " 植物的葉綠體來利用陽光,從此實現曬曬太陽就能 " 溫飽 " 的躺平生活。這是怎么回事呢?

      吃上一頓,終身保障?

      光是曬曬太陽就能養活自己,多么讓人夢寐以求的 " 躺平 " 生活。一般來說這應該是植物的獨門絕技——光合作用,但是海洋里存在一類以藻類為食的動物,它們不僅能從藻類中攝取營養,還能將里面的葉綠體完整儲存在自己體內,從而獲得能持續一定時間的光合自養能力,并順帶給自己 " 染 " 個藻綠色的保護色,這些大聰明就是葉羊(Costasiella kuroshimae)。

      圖片來源:紅將 . 葉羊 [ J ] . 海洋世界 ,2015, ( 12 ) :30-33.

      葉羊屬于軟體動物門(Mollusca)腹足綱(Gastropoda)囊舌目(Sacoglossa),生活在熱帶和亞熱帶的淺海區域,常見于日本、印度尼西亞和菲律賓海,它們有萌萌噠豆豆眼,而且自帶腮紅,背上肉嘟嘟的綠色 " 毛發 " 在海水中搖曳生姿,活脫脫一坨移動的多肉。

      這些像多肉葉片一樣的綠色 " 毛發 " 是葉羊的消化道細胞,葉羊剛被孵化出來的時候,這些消化道細胞是透明的,當葉羊發現可口的藻類,就會用類似銼刀的特殊攝食器官齒舌,像切牛排一樣優雅地將藻類切割成小塊,然后像吸果凍一樣吸食里面的營養物質。

      藻類中的葉綠體在葉羊的胃里不會被消化,而是在經過消化道細胞時慢慢沉積下來,將透明的消化道細胞逐漸 " 染 " 綠,并在其消化道細胞中進行光合作用,將養分和氧氣供給葉羊享用,讓它們實現了躺著曬太陽就能獲取能量的能力。

      不過這并非一勞永逸,葉綠體在光合作用的過程中會被不斷消耗,其代謝過程中所需的 90% 以上的蛋白質都得靠藻類核基因組編碼合成,而葉羊自身無法合成光合作用所需的全部蛋白,因此它們需要隔三岔五補充葉綠體及新的蛋白質,才能維持光合作用。

      圖片說明:齒舌的 5 種類型 圖片來源:(劉文韜等,2023)

      如果說葉羊是靠 " 自己掙錢 " 實現的財富自由,那么它們在美國東部沿海地區以及加拿大新斯科舍省的表親—綠葉海天牛(Elysia chlorotica),就是靠基因和天賦擁有了 " 飽餐一頓,一輩子吃穿不愁 " 的金飯碗。

      圖片來源:論文 ( Cai, H.et al.,2019)

      綠葉海天牛和葉羊一樣屬于軟體動物門腹足綱囊舌目,它們身材扁平,不僅長得像葉子,甚至還有像葉脈一樣的身體結構。綠葉海天牛也不是生而為綠,而是呈淺棕色半透明狀,進食藻類后,藻類的葉綠體會很快塞滿它們的消化道,將它們波浪狀的身體大部分染成銅綠色,完成從小透明到 " 爬行小綠葉 " 的華麗轉身。

      比葉羊更厲害的是,綠葉海天牛可以在不用補充葉綠體的條件下,在數月甚至長達一年的時間里靠著光合作用汲取營養,理想狀態下它們只需要在年輕時飽餐一頓,就可以毫無 " 后顧之饑憂 " 的進入漫步、交配的休閑狀態,或者什么都不干,直接躺平度過一生。

      圖片說明:綠葉海天牛,A:幼年 ;B:進食中 ;C:進食 5 天后 ;D:成年狀態。圖片來源: ( Rumpho et al., 2008, PNAS )

      綠葉海天牛能憑借著偷來的葉綠體過一輩子,必定有其特殊機制,科學家提出了兩種假說:一個是綠葉海天牛不僅是一個竊取葉綠體的捕食者,還是一個會 " 偷基因 " 的小偷,通過水平基因轉移(horizontal gene transfer, HGT)將藻類的光合作用相關基因轉移到了自己體內,為葉綠體的代謝提供必需的蛋白。

      另一個是綠葉海天牛食用的藻類葉綠體具有保持自己活性的能力。不過具體機制和假說尚存在一些爭議,還等待進一步的研究來揭開它們的神秘面紗。

      不搞光合,換條賽道

      光合作用一直被認為是植物的標配和天職,但是想要維持光合作用不僅需要滿足有足夠的光照、水分等條件,還需要植物本身為合成葉綠素、調控光反應與暗反應、應對環境變化、爭奪光照資源這些生命活動提供大量的能量。

      這讓許多長期生活在蔭蔽、干燥等惡劣環境中的植物苦不堪言,因為它們既不能通過常規競爭在 " 光合資源競爭中 " 占據優勢(卷也卷不贏),又不能完全拋棄光合作用產生的營養物質(躺也躺不平)。因此它們逐漸放棄了在光合作用上競爭,轉而通過寄生、腐生、菌異養等特殊方式從其他植物身上 " 竊取 " 養分。

      盡管有人說失去光合基因的植物是否還能稱作真正的植物,但這些放棄掉光合作用的植物從不 " 內耗 ",它們不盲目迎合既定標準去選擇固守傳統的光合作用賽道,而是專注于將有限的能量集中用于繁衍等核心生命活動,發掘最適配環境的生存策略。

      菟絲子(Cuscuta chinensis),因 " 其莖初生若絲,纏繞草木,故名。"(《本草綱目》),因常選擇大豆寄生因此又被叫做 " 豆閻王 "。菟絲子是旋花科(Convolvulaceae)菟絲子屬(Cuscuta)的一種寄生植物,不含或者含有極少的葉綠素,所以無法或極少進行光合作用為自己提供營養,因此萌發后必須很快尋找到可以寄生的宿主。

      幼小的菟絲子從地下深處細嫩的莖尖,不斷向四面八方旋轉探索,一旦感應到心儀宿主釋放的揮發性化學信號,就會立刻螺旋纏繞到宿主的莖或者葉柄上,并在宿主接觸的部位出現細胞分化,發育成初始的吸器,這些吸器通過機械壓和酶解過程穿透宿主細胞深入皮質層,形成搜尋絲(searching hyphae)。搜尋絲深入到宿主的韌皮部或者木質部,最后形成種間胞間連絲,連接了菟絲子和宿主,并很快成為成熟吸器。這樣,吸器就形成了菟絲子和寄主間傳送糖類、氨基酸、無機鹽和水等營養物質的 " 營養通道 "。

      有了穩定營養來源的菟絲子并沒有完全躺平,它們用拋棄維持光合作用相關基因節省下來的能量,集中投向發展與寄生相關的基因,比如在其生長過程中,它會產生多個吸器與宿主連結,同時還能專注于自己的繁殖大業,種子有休眠特性,在土中壽命很長,因此能夠給自己足夠的時間等待萌發的最佳時機。

      在非洲干旱貧瘠的沙漠地區生長著一群 " 猛猛噠 " 鞭寄生(Hydnoraafricana),又名非洲白鷺花,鞭寄生是馬兜鈴科(Aristolochiaceae)鞭寄生屬(Hydnora africans)植物。

      和菟絲子不同,它們大部分時間藏身地下,植物體完全無葉,不含葉綠素,完全喪失了光合能力,通常寄生在大戟屬植物的根部,將宿主的光合產物(如糖類)竊為己用。這種生存策略讓它徹底擺脫了對陽光的依賴,不僅無需與宿主直接競爭地上資源,還在干旱的沙漠中減少了因水分蒸發和被動物啃食帶來的生存威脅,堪稱 " 地下經濟的完美范例 "。

      圖片來源:(Thorogood C et al.,2019)

      如果不需要繁殖的話,鞭寄生很可能永遠不需要露出地面,只有當發育成熟需要傳宗接代的時候,它們棕灰色的球形花才會探出地面,這些兩性花外面是棕色的,內表面是明亮的鮭魚色到橙色,長著 3 或 4 個厚實的肉質花被裂片,開始時這些花被裂片融合在一起,隨著花的成熟慢慢垂直破裂,好似一張血盆大口,散發出腐肉氣味吸引那些臭味相投的昆蟲傳粉。

      完全成熟的鞭寄生果實直徑可達 80 毫米,略帶甜味,每個果實含有多達 20000 顆種子。這些水果深受豺狼等哺乳動物的青睞,因此鞭寄生又被叫做豺食(Jackal Food)。據當地人說,它們的花雖然很臭,但是果實卻具有草莓酸奶一樣的香氣,很受當地人喜愛,如果有機會去非洲,看到鞭寄生,不妨挖一挖,沒準也能品嘗到這種美味的食物。

      圖片來源:參考文獻 [ 9 ]

      所謂 " 物種不拘手段,適者就能生存 ",生物演化的時候可沒有那么多 " 動物就該靠吃,植物就得光合 " 的條條框框。動物進行光合作用和植物喪失光合作用這類有點 " 倒反天罡 " 的演化路徑,恰恰為物種的演化提供了生動豐富的證據。

      參考文獻

      [ 1 ] 紅將 . 葉羊 [ J ] . 海洋世界 ,2015, ( 12 ) :30-33.

      [ 2 ] 劉文韜 . 石鱉齒舌摩擦行為研究與仿生探索 [ D ] . 西南交通大學 ,2023.DOI:10.27414/d.cnki.gxnju.2023.002801.

      [ 3 ] 盛晉華 , 張雄杰 , 劉宏義 , 等 . 寄生植物概述 [ J ] . 生物學通報 , 2006, 41 ( 3 ) :6.DOI:10.3969/j.issn.0006-3193.2006.03.004.

      [ 4 ] 王伯蓀 , 李鳴光 , 余萍 , 廖文波 , 昝啟杰 . 菟絲子屬植物的生物學特性及其對薇甘菊的防除 [ J ] . 中山大學學報(自然科學版),2002,41 ( 6 ) :49-53

      [ 5 ] Cai H, Li Q, Fang X, Li J, Curtis NE, Altenburger A, Shibata T, Feng M, Maeda T, Schwartz JA, Shigenobu S, Lundholm N, Nishiyama T, Yang H, Hasebe M, Li S, Pierce SK, Wang J. A draft genome assembly of the solar-powered sea slug Elysia chlorotica. Sci Data. 2019 Feb 19;6:190022. doi: 10.1038/sdata.2019.22. PMID: 30778257; PMCID: PMC6380222.

      [ 6 ] Melo Clavijo, J., Gould, S. B. & Christa, G. in Endosymbiotic Organelle Acquisition: Solutions to the Problem of Protein Localization and Membrane Passage239-258 ( Springer, 2024 ) .

      [ 7 ] M.E. Rumpho, J.M. Worful, J. Lee, K. Kannan, M.S. Tyler, D. Bhattacharya, A. Moustafa, & J.R. Manhart, Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 ( 46 ) 17867-17871, https://doi.org/10.1073/pnas.0804968105 ( 2008 ) . 6.Xing, J., Pan, J., and Yang, W. ( 2025 ) . Chloroplast protein translocation complexes and their regulation. J. Integr. Plant Biol. 00: 1 – 14.

      [ 8 ] Thorogood C. Hydnora: The strangestplant in the world?. Plants, People, Planet, 2019;1:5-7.https://doi.org/10.1002/ppp3.9

      [ 9 ] https://pza.sanbi.org/hydnora-africana

      策劃制作

      作者丨李彤 生態學碩士 科普作者 雙碳行業從業者

      審核丨黃乘明 中國科學院動物研究所研究員 海南大學特聘教授 中國動物學會監事 中國野生動物保護協會理事

      王康 北京植物園科普中心主任 北京植物學會副理事長 中國植物學會會員

      策劃丨丁崝

      責編丨丁崝

      審校丨徐來、林林

      相關推薦

      本文封面圖片及文內圖片來自版權圖庫

      轉載使用可能引發版權糾紛

      原創圖文轉載請后臺回復 " 轉載 "

      點亮 " 推薦 "

      一起漲知識!

      相關標簽
      主站蜘蛛池模板: 亚洲欧洲一区二区三区| 日韩精品无码一区二区三区四区| 97久久精品午夜一区二区| 国产一区二区在线视频| 精品国产免费观看一区| 久久久久人妻一区二区三区| 一区二区三区日本视频| 国产精品无码一区二区三区在 | 国产精品日韩欧美一区二区三区| 国产精品一区二区久久| 精品福利一区二区三| 日本道免费精品一区二区| 美女视频免费看一区二区 | 亚洲一区二区三区在线视频| 性色av闺蜜一区二区三区| 国产一区二区久久久| 91无码人妻精品一区二区三区L| 久久精品动漫一区二区三区| 国产成人无码aa精品一区| 日本一区二区三区不卡在线视频| 亚洲色偷精品一区二区三区| 亚洲Av无码一区二区二三区| 日韩国产精品无码一区二区三区 | 99偷拍视频精品一区二区| 在线电影一区二区| 韩国资源视频一区二区三区| 中文字幕日韩精品一区二区三区| 亚洲一区在线视频| 亚洲熟妇无码一区二区三区导航 | 国产美女av在线一区| 激情内射日本一区二区三区| 久久免费区一区二区三波多野| 日韩视频一区二区三区| 2021国产精品一区二区在线| 午夜DV内射一区二区| 国产一区二区三区乱码网站| 精品国产一区二区三区| 日韩一区二区三区在线观看| 色老板在线视频一区二区| 亚洲电影一区二区| 国产成人一区二区三中文|