生物有可能像植物那樣進行光合作用嗎

人類必須種植，打獵和收集食物，但是很多生物並不如此受限。植物，海藻，以及很多種細菌可以透過光合作用維持生存。它們利用陽光催化體內產生糖分的化學反應. 人類是否可以也做到類似的事情呢 ？我們的身體能否也變得像植物一樣從太陽能中獲取食物呢？

通常說來，動物無法進行光合作用，但是一切規則總有例外。豌豆蚜，這一最新發現的潛在變異物種，, 是農民的敵人不過卻是是基因學家的朋友。上個月，法國索菲亞 ，安德魯生物技術學院的 Alain Robichon 報道了豌豆蚜利用一種叫做類胡蘿蔔素的色素獲取太陽能並且產生ATP（一種儲存化學能量的分子）， 該類蚜蟲屬於那些利用從真菌中“竊取”的基因自身產生色素的動物，這些動物數量非常稀少。綠蚜蟲（含有大量的類胡蘿蔔素）產生的ATP數量要比白蚜蟲（幾乎不含類胡蘿蔔素）要多，並且橙色蚜蟲（含有中等水平的類胡蘿蔔素）在陽光下產生的ATP數量比在黑暗中產生的要多。另一種昆蟲，東方大黃蜂，可能也有類似的伎倆，它透過一種不同的叫做黃蝶呤的色素將光轉化為電力能源。這兩種昆蟲都能將自身能力作為後備發動機，在供給減少或需求增加時提供能量。但是這兩個例子都具有爭議性，而且有關色素的真實身份的細節以及它們具體的作用都不明確。況且，沒有一個例子是真正的光合作用，因為光合作用還包括將二氧化碳轉化為糖分以及其他化合物。利用太陽能僅僅只是整個轉化過程的一部分。

然而，也有動物進行真正字面意義上的光合作用，它們都是透過組成團體來實現。珊瑚是最典型的例子。它們是由成百上千的像海葵一樣的軟體動物集合而成，生活在它們自己製作的巨大的礁石裡。它們寄生在微小的的稱為鞭毛藻的藻類細胞的特殊部位內， 這些“居民”，或者叫內生共同體，可以進行光合作用並且為珊瑚提供營養。一些海葵，蛤蚌,海綿 以及蟲子也有光合作用的內生共同體，而且它們中甚至有一種是脊柱動物的例子：斑點蠑螈。它的偏綠色的蛋中含有藻類，這些藻類實際上已經侵入了胚胎細胞的內部（儘管它們對蠑螈是否有益處還有待商榷）。

儘管有這麼多種類的例子，光合作用共生體仍是個例外而不是規則。 在一篇經典的論文中，學家 David Smith 和昆蟲學家 Elizabeth Bernays 解釋了為何這樣的合體比它們看起來要複雜。宿主需要為共生體“支付”營養。它們需要方法“說服”共生體釋放其自身生產的營養，而不是自身留用。它們需要控制共生體的生長，這樣它們才不會出現“人口爆炸”。它們還需要將它們的共生體轉移到下一代。（珊瑚是透過將共生體釋放到周邊水域來實現的） 

但是，這些這種關係的種子並不像它們看起來的那樣難以播種。2011年，來自洛杉磯的加利福尼亞大學的合成學 Christina Agapakis，給將幼年斑馬魚接種光合作用的細菌，在魚的胚胎時期將細菌注入其體內。正如她在部落格所說，“最不可思議的是什麼也沒發生”。這種魚不能進行光合作用，但是它們也並不排斥這類細菌。實驗證明了脊柱動物可以，至少能容忍光合作用微生物的存在，或者是那種可以為蠑螈幼體供能的微生物。而且，她甚至提出稍作改動這種細菌可以入侵哺乳動物的細胞。 

還有另一種加入植入共生體的方法：竊取它們的“加工廠”。在植物和藻類的細胞內，光合作用是在一個被稱作葉綠體的微小的結構中發生的。 葉綠體是一種獨立生存的光合細菌的殘存物，這種細菌在數十億年前被稍大於它的微生物所吞沒。 與其他該類事件不同，這一命運性的遭遇並不是以被吞沒細菌的被消化結束。相反，這兩種細胞組成了一個持久的合體關係維持植物和藻類的細胞生存至今。因此，與其和一個共生體聯手，為何不避開中間人，將他的葉綠體據為己有呢？ 

至少一部分動物這樣做過，比如海蛞蝓。這種美麗的生物以藻類為食，同時給自己選派了葉綠體。 . 按照海牛天屬專家Mary Rumpho 的描述，這些竊取來的葉綠體分佈在蛞蝓的消化道內，為它提供能量，使得它“活得像個植物”。這種聯合對於蛞蝓至關重要，失去了便無法活到成年。

蛞蝓是如何維持並且使用它們的葉綠素的仍然不得而知。這些結構並不是綠色的快閃記憶體盤。你不能指望把它們塞進活的宿主細胞它們就可以正常工作，因為它們用到的很多蛋白質都是被宿主細胞的染色體編碼過的。這些數以百計的蛋白質在細胞核內合成，然後運至葉綠素。海牛屬的染色體至少包括了一個海藻類基因，還有更多的可能埋伏以待，所以要包括百多個功能性葉綠體不大可能。 . 

這是另一個時代的謎團。現在 ，劍橋大學的 Chris Howe 說，“如果你想要在一個葉綠體和新的動物宿主直接建立一種新的關係，你將需要所有額外的機器輔助，你將不得不把這些基因都放到宿主的染色體中”。 有了數以百計的此類基因之後，將一個人類細胞變成一個相容葉綠體的家將在很大程度上涉及到基因工程。

那麼怎樣才算是頭呢？即使有了共生體，即使控制性基因也成功的加入了，這些會給我們帶來不同嗎？ 可能不是，在沒有儘可能多的將你暴露在太陽能的前提下，光合作用是一種無用的能力。 那就需要與容量相對應的一大塊平面。植物是透過大的，水平的採光平面——葉子。海牛屬，蛞蝓，又綠又平，看起來像是活生生的葉子。它同時也是透明的，因此光可以穿透它的組織到達內部的葉綠體。

人類，換而言之，是非常不透明的。即使我們的面板充斥著工作的葉綠體，它們也只能生產維持我們生存的一小部分的營養物質。Agapakis 說：“動物需要很多能量，而且不停的運動也不能使葉綠體工作”，“如果你設想一下一個必須從太陽中獲得所有能力的人，他們必須一直靜止，然後他們還需要一大片平面，突出的葉子，從這種意義上看，人就是一棵樹。”

其實人何必為此苦惱呢？Agapakis 指出人們透過馴化野生植物，種植它們為食，已經在很大規模上有效利用了光合作用。農業是一個全球性的共生關係——它也是我們的豌豆蚜版本共生體，只是我們沒有必要將它們保持在體內，只需把它們種在地裡。