把葉綠體“偷”到自己體內(nèi) 這些動物曬太陽就能活!太太太爽了

眾所周知,偷植物最會“接陽光”——它們能把太陽的把葉能量轉(zhuǎn)化成自己身體里的化學能。而動物呢,綠體通常則需要吃其他生物來獲得能量。到自不過總有些家伙不按常理出牌。己體有一群“懶漢”動物,內(nèi)動能活能“偷”植物的物曬葉綠體來利用陽光,從此實現(xiàn)曬曬太陽就能“溫飽”的太陽太太太爽躺平生活。這是偷怎么回事呢?
吃上一頓,終身保障?把葉
光是曬曬太陽就能養(yǎng)活自己,多么讓人夢寐以求的綠體“躺平”生活。
一般來說這應該是到自植物的獨門絕技——光合作用,但是己體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(yǎng),內(nèi)動能活還能將里面的物曬葉綠體完整儲存在自己體內(nèi),從而獲得能持續(xù)一定時間的光合自養(yǎng)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)。
葉羊?qū)儆谲涹w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(qū)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(fā)”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(fā)”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(fā)現(xiàn)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(yōu)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(yǎng)物質(zhì)。
藻類中的葉綠體在葉羊的胃里不會被消化,而是在經(jīng)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(yǎng)分和氧氣供給葉羊享用,讓它們實現(xiàn)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(zhì)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(zhì),才能維持光合作用。
如果說葉羊是靠“自己掙錢”實現(xiàn)的財富自由,那么它們在美國東部沿海地區(qū)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。
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(jié)構(gòu)。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(zhuǎn)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(shù)月甚至長達一年的時間里靠著光合作用汲取營養(yǎng),理想狀態(tài)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(tài),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(tài)。
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(zhuǎn)移(horizontal gene transfer, HGT)將藻類的光合作用相關基因轉(zhuǎn)移到了自己體內(nèi),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(diào)控光反應與暗反應、應對環(huán)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(huán)境中的植物苦不堪言,因為它們既不能通過常規(guī)競爭在“光合資源競爭中”占據(jù)優(yōu)勢(卷也卷不贏),又不能完全拋棄光合作用產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)(躺也躺不平)。因此它們逐漸放棄了在光合作用上競爭,轉(zhuǎn)而通過寄生、腐生、菌異養(yǎng)等特殊方式從其他植物身上“竊取”養(yǎng)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(nèi)耗”,它們不盲目迎合既定標準去選擇固守傳統(tǒng)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(fā)掘最適配環(huán)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(yǎng),因此萌發(fā)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(zhuǎn)探索,一旦感應到心儀宿主釋放的揮發(fā)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(xiàn)細胞分化,發(fā)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(zhì)層,形成搜尋絲(searching hyphae)。搜尋絲深入到宿主的韌皮部或者木質(zhì)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(yǎng)物質(zhì)的“營養(yǎng)通道”。
有了穩(wěn)定營養(yǎng)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(jié)省下來的能量,集中投向發(fā)展與寄生相關的基因,比如在其生長過程中,它會產(chǎn)生多個吸器與宿主連結(jié),同時還能專注于自己的繁殖大業(yè),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(fā)的最佳時機。
在非洲干旱貧瘠的沙漠地區(qū)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(chǎn)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(fā)和被動物啃食帶來的生存威脅,堪稱“地下經(jīng)濟的完美范例”。
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(fā)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(nèi)表面是明亮的鮭魚色到橙色,長著?3?或?4?個厚實的肉質(zhì)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(fā)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(jù)當?shù)厝苏f,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?shù)厝讼矏郏绻袡C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。
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(jù)。
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