四種能行光合作用(Photosynthesis)的動物?
圖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)
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上的基因,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
的genes)。
圖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)
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圖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)
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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。
圖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上基因,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基
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上,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)。
圖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。
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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年,學術期刊報導法國昆蟲學家的研究結果:在光照的情
2. 2012年,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:
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?
圖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!
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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
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。
圖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。
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圖08. 斑點鈍口螈(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,2016年352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!
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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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