2018年10月13日 星期六

四種能行光合作用(Photosynthesis)的動物? 10-13-2018



四種能行光合作用(Photosynthesis)的動物?


01.  能行光合作用之動物,此圖標示了其中3種,沒提到葉羊。

a.   綠葉海天牛(Elysia chlorotica)

b.   斑點鈍口螈(Ambystoma maculatum)

c.   碗豆蚜蟲(Pea Aphids)
圖片來源:https://futurism.com/photosynthetic-animals



一、葉羊(Costasiella kuroshimae)

1.  俗稱葉羊(leaf sheep)的海天牛屬海蛞蝓,以齒舌(radula)吸取海藻細胞內的汁液,會將海藻有功能的葉綠體(Chloroplast),完好的轉移至背部的裸鰓。

2.  葉羊的消化系統,為何不破壞海藻的葉綠體,至今仍只能當作是自然界的神奇來看待,也就是真正的原因仍然不明?

2.  當找不到海藻食物時,此種海天牛海蛞蝓便會在陽光下伸展背部的裸鰓,其中來自海藻的葉綠體就像是太陽能電池一樣,開始吸收光能,進行光合作用!

3.  掠奪其他生物,有功能的胞器作為己用的生存方式,稱為「盜

    取」(kleptoplasty)

4.  說葉羊是能行光合作用的動物,其實是有點言過其實!

5.  因為葉羊本身DNA的基因,無法表現維持葉綠體存活的蛋白

    質,因此裸鰓中的葉綠體會逐漸消失,葉羊又必須再次從海藻

   「盜取」新的葉綠體。

6.  也可以說葉羊只盜取了海藻的太陽能電池組,並沒有一併盜

    取,控制太陽能電池組的運用程式(=海藻DNA上控制光合作用

    genes)


02.  身長僅0.5公分的葉羊(Costasiella kuroshimae)牠們將盜取來的葉綠體,儲存在背後一根根裸露的鰓中。




A sea slug Costasiella kuroshimae - Actual creatures in the Pokemon & Picachu movie
(葉羊Costasiella kuroshimae一種海天牛海蛞蝓——真實版的精靈寶可夢比卡丘)





03.  葉羊(Costasiella kuroshimae)從吃的海藻中盜取葉綠體(Chloroplast),而能行光合作用(Photosynthesis),但葉羊本身不能表現基因來維持葉綠體的存活,所以一段時間後又必須從海藻「盜取」葉綠體。




Costasiella Kuroshimae   (葉羊Costasiella kuroshimae)




二、綠葉海天牛(Elysia chlorotica)

1. 側足內面有類似葉脈般的紋路,當側足展開接受光照的時候,其

   形態就像一片會走路的葉子。


04. 綠葉海天牛(Elysia chlorotica)也能盜取海藻之葉綠體,綠葉海天牛跟牠的近親葉羊不同的是,綠葉海天牛能夠表現維持葉綠體存活的基因,表現的蛋白質能使盜取的葉綠體長期存活! 


2. 綠葉海天牛(Elysia chlorotica)也能盜取海藻之葉綠體,牠跟

   牠的近親葉羊不同的是,綠葉海天牛的基因組中,居然具有能維

   持葉綠體存活的基因!

3. 一隻飽食海藻的綠葉海天牛,在光照充足的條件下,不必額外進

    食海藻,僅憑光照可以存活八~十個月之久!

4. 海藻葉綠體本身的DNA基因只能表現~10%光合作用所需的

   蛋白質;90%光合作用所需的蛋白質,是由海藻細胞核DNA

   因表現後,再送入葉綠體中發揮功能。

5. 而海藻DNA上的基因組(genome),用一種目前還不清楚其機轉的

   方式,併入綠葉海天牛的基因組中,而且能夠表現蛋白質,使得

   綠葉海天牛盜取的葉綠體維持長時期存活!

6. 換句話說,綠葉海天牛,不僅盜取了海藻的太陽能電池組連操

   作太陽能電池組的電腦程式,也一併盜取到自己的程式作業系

   統中!

7. 綠葉海天牛DNA同時具有動物細胞的基因組,植物細胞的基

   因組,實在是夠神奇的一種生物!

8. 綠葉海天牛攝食的海藻,是一種黃藻(Vaucheria litorea)



05. 進食黃藻(Vaucheria litorea)的綠葉海天牛(Elysia chlorotica)

圖片來源:https://zh.wikipedia.org/wiki/綠葉海天牛



Eastern Emerald Elysia (Elysia chlorotica) - Photosynthetic Animal
(綠葉海天牛(Elysia chlorotica)—光合作用的動物)
綠葉海天牛的英文名就是Eastern Emerald Elysia




三、碗豆蚜蟲(Pea Aphid)

1.  蚜蟲是目前已研究過的昆蟲中,唯一能自身合成類胡蘿蔔素

    (carotenoids)者。外表呈現綠色的蚜蟲,體內所含類胡蘿蔔素

    最多,橙色蚜蟲含量中等,白色蚜蟲體內,幾乎不具有類胡蘿

    蔔素。
2.  2012,學術期刊報導法國昆蟲學家的研究結果:在光照的情

   況下,與白色蚜蟲相比,綠色蚜蟲體內,ATP含量高出很多。而

   橙色蚜蟲體內的ATP,在光照環境下會增加,在黑暗環境中則會

   減少。
3.   原來法國昆蟲學家投稿到學術期刊論文標題寫著:

Discovered evidence of photosynthesis in aphids.

(在蚜蟲發現光合作用的證據)

但是被期刊審稿的專家駁回,請她們改成

    Aphids are unique among animals in their ability to synthesize pigments called carotenoids.

    (蚜蟲是動物中唯一能合成類胡蘿蔔素的昆蟲)

4.  因為光合作用的最主要目的,並不是合成ATP,而是固定空氣中的CO2(CO2 Fixation),合成葡萄糖等有機養分。在她們的實驗中這些項目都闕如,原先的標題顯然與研究的主題不符合。

5.  耶魯大學的遺傳昆蟲學家Nancy Moran質疑:蚜蟲為何需要光合作用?蚜蟲生存的環境,產生能量是個最不重要的問題,因為蚜蟲所處的,已經是一個太多葡萄糖的環境,為何還需要光合作用來產生葡萄糖?



06. 蚜蟲是動物中唯一能合成類胡蘿蔔素(Carotenoid)的昆蟲。




解密昆蟲是否可以進行光合作用!




四、斑點鈍口螈(Spotted Salamander)

1.  斑點鈍口螈(學名:Ambystoma maculatum)
2.  加拿大達爾豪斯大學(Dalhousie University) ,生物學家賴安

    -克奈伊(Ryan Kerney)團隊,在研究一批斑點鈍口螈的胚胎

    時,無意間發現,一種綠色螢光物質源自細胞內部,此物質為

    光合作用吸收光能之葉綠素(Chlorophyll)

3.  葉綠素的存在,暗示與斑點鈍口螈細胞內共生的,單細胞綠藻   

    Oophila amblystomatis,可能會光合作用提供氧氣以及葡萄糖 

    等有機養分,給斑點鈍口螈。

4.  不解的是脊椎動物的免疫系統,都能夠摧毀侵入體內的異質物    

    質,然而斑點鈍口螈細胞內的綠藻如何避開免疫反應,仍是

    一個未解的謎題。


07. 研究斑點鈍口螈胚胎,無意間發現胚胎細胞內綠色的葉綠素分子。




Green Grow the Salamanders - Shelf Life #11  (蠑螈發綠色螢光)
本短片介紹,發現與斑點鈍口螈共生的綠藻,在斑點鈍口螈細胞內發出綠色螢光,賴安-克奈伊(Ryan Kerney)團隊的研究工作。





08. 點鈍口螈(Ambystoma maculatum)是胚胎學家非常熟悉的實驗動物。




2010年以來,網路上查到四種,聲稱能行光合作用的動物,可是仔細分析:除了綠葉海天牛符合,能行光合作用的動物,這樣的稱呼之外。
註:台中市科學博物館,2016352期館訊,黃興倬研究員,有為文介紹綠葉海天牛,題目是《巧能系異能者—會爬的葉子》。
a.  葉羊的葉綠體是從海藻「盜取」而得,而且無法長期存活於葉羊的細胞內!
b.  碗豆蚜蟲只是能自行合成類胡蘿蔔素(Carotenoid)的動物,離真正的光合作用應該還有一大段距離!而且耶魯大學的同行專家質疑:蚜蟲為何需要光合作用?
c.  斑點鈍口螈是細胞內有共生的單細胞綠藻,在幫牠進行光合作用。比較奇怪的反而是,兩者的共生關係,在斑點鈍口螈的胚胎時期就已經開始!



    看來綠葉海天牛,才是真正神奇的動物!居然能「盜取」海藻的葉綠體,以及控制葉綠體光合作用的基因,如假包換的行使著光合作用!

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