【趣味科普】像妙蛙种⼦⼀样的光合作⽤？！
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。
妙蛙种⼦（）
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
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。
妙蛙种⼦的藤蔓攻击（）
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。
先来说说“共⽣”
三年级下册语文
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
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」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，那就谓「共⽣」
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
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。
另⼀⽅⾯，共⽣也可以分为「外共⽣」和「内共⽣」。「外共⽣」
「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「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
不管是外共⽣还是内共⽣，相互鱼与海葵等等。⽽「内共⽣」灵堂挽联
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。
⼩丑鱼与海葵的共⽣（wikipedia）
可以不看的段落！！
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。
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]）
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。这种其中最为典型属绿叶海天⽜
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。
破12一18处⼰⽤的现象称为「盗⾷质体」（Kleptoplasty）。
正在啃⾷滨海⽆隔藻的绿叶海天⽜（Elysia chlorotica）（wikipedia）
显微镜下的滨海⽆隔藻（Vaucheria litorea）（wikipedia）
绿叶海天⽜的盗⾷质体（出处见图注）
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
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？
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
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。
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共⽣在绿叶海天⽜消化管道中的叶绿体（wikipedia）
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？
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
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。
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？
叶绿体的结构（译⾃wikipedia）
基因的⽔平转移（Horizontal gene transfer，HGT）有关
有关。⽔平基因转移科学家们研究推测，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
形容冬天的成语
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。
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。
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]）
零食的危害这说明，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
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。
绿叶海天⽜的⽣活史（参考⽂献[1]）
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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。三连亚
「⼀本道」时间。
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：
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。
⾸先
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，这样才其次
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。
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
