绿叶海蜗牛是唯一进行光合作用的动物

  成为一棵植物是绿叶海蜗牛的最大愿望,比起在海底四处寻找食物,它更喜欢依靠阳光生活。绿叶海蜗牛的样子就像一张绿叶,它们生活在从加拿大新斯科舍省到佛罗里达南部的沿海海岸。它是如何从动物变为植物的呢?

  绿叶海蜗牛以无隔藻为食,无隔藻是自养植物,也就是说它利用阳光和从水中获取的小部分营养,通过光合作用制造食物。无隔藻和所有植物一样,通过叶绿体进行光合作用。

  为了实现日常食物自给,绿叶海蜗牛学会了吞食无隔藻,但却不破坏珍贵的能够将阳光转化为食物的叶绿体。它们小心翼翼地处理叶绿体,把它加入到自己的消化细胞中。通过这个战略,绿叶海蜗牛实现了自己变成植物的愿望,可以连续数月不吃东西,仅靠阳光维持生命。绿叶海蜗牛也因此而出名,成为第一个能够进行光合作用的动物。

  生物学家最感兴趣的是,绿叶海蜗牛如何选择不消化自己需要的那部分无隔藻呢?为了很好地保存“偷来”的叶绿体,这种身长不到六厘米的海蜗牛的染色体中包含了无隔藻的基因。因此绿叶海蜗牛也是首个实现功能基因转移的多细胞生物,这个本领可是羡煞很多研究人员,因为这种基因转移正是从人类基因着手治愈疾病的神秘莫测的基因工程的目标。

  细菌之间互相交换基因,这样可以增加它们的存活几率甚至增强对抗生素的抵抗能力,但它们都是单细胞生物。这是基因交换过程第一次在更为复杂的生物中出现,而且还是在动植物之间。除此以外,绿叶海蜗牛还能与一个细胞器而不是常见的另一种生物建立共生体,它的这个本领亦让人刮目相看。

  虽然科学家很早就知道绿叶海蜗牛的这些战略,但是直到最近第一个有关绿叶海蜗牛的染色体中含有它吃掉的海藻的部分基因的直接证据才在美国《生物学通报》上发表。这些基因帮助海蜗牛在肠内进行光合作用,为它提供很长一段时期的食物。另一个有趣的发现是,一个被海蜗牛吃掉的基因是如何运行并准确地融合到它的基因组中的?那么吃掉的基因能够融合到我们的基因组中吗?

  当然,研究人员想知道绿叶海蜗牛能否成为人类基因疗法的样本。或许还不能,但显然研究这种天然基因转移机制对未来的医学治疗具有非常的建设意义。

  早在上世纪70年代,人们就知道绿叶海蜗牛“偷取”海藻的叶绿体合成自己的消化细胞。这些叶绿体在海蜗牛体内能继续进行长达9个月的光合作用,这个时间远远长于它们在海藻内运行的时间。这说明海藻中修复叶绿体并维持其运行的某个基因在海蜗牛体内存在,同时合成基因还会遗传给下一代。海蜗牛的后代只需“偷取”海藻的叶绿体,因为维持叶绿体运行的基因已经存在于海蜗牛的体内。

  南佛罗里达大学名誉教授悉尼·K.皮尔斯指出,这种生物适应性也是一种快速的进化机制,当生物之间成功进行基因转移,通常需要数千年时间的进化就可以在两代之间基本完成。

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