Обнаружив механизм, с помощью которого животные, подобно растениям, осуществляют фотосинтез, учёные задумались о возможности перевода человека на полное обеспечение солнечной энергией.

Представьте, что было бы, если бы люди, как растения, могли питаться напрямую солнечной энергией. Это определённо облегчило бы нам жизнь: бесчисленные часы, потраченные на покупку, приготовление и поедание пищи можно было бы потратить на что-нибудь другое. Чрезмерно эксплуатируемые сельскохозяйственные земли вернулись бы к природным экосистемам. Резко упали бы уровни голода, недоедания и болезней, распространяющихся через пищеварительный тракт.

Однако люди и растения уже сотни миллионов лет не имеют общего предка. Наша биология кардинально отличается почти во всех аспектах, поэтому может показаться, что нет способа спроектировать человека так, чтобы он мог осуществлять фотосинтез. Или же это всё-таки возможно?

Эту проблему тщательно изучают некоторые специалисты по синтетической биологии, которые даже пытались создать собственных растительно-животных гибридов. И хотя мы пока далеки от создания способного к фотосинтезу человека, в результате нового исследования был обнаружен интригующий биологический механизм, который может поспособствовать развитию этой зарождающейся области науки.

Elysia chlorotica - животное, способное осуществлять фотосинтез подобно растениям

Недавно представители Морской биологической лаборатории, расположенной в американской деревне Вудс Холл, сообщили, что учёные разгадали секрет Elysia chlorotica - бриллиантово-зелёного морского слизня, который выглядит, как лист растения, питается солнцем, как лист, но фактически является животным. Оказывается, Elysia chlorotica поддерживает такой яркий окрас, употребляя водоросли и забирая себе их гены, обеспечивающие фотосинтез. Это единственный известный экземпляр многоклеточного организма, присваивающий ДНК другого организма.

В своём заявлении соавтор исследования, почётный профессор Южно-Флоридского университета Сидни К. Пирса сказал: На Земле невозможно такое, чтобы гены водорослей действовали внутри клетки животного. И всё-таки это происходит. Они позволяют животному получать питание от солнца.По словам учёных, если бы люди захотели взломать собственные клетки, чтобы сделать их способными к фотосинтезу, для этого можно было бы использовать подобный механизм.

Что касается солнечной энергии, можно сказать, что люди миллиард лет двигались в неправильном эволюционном направлении. По мере того, как растения становились тонкими и прозрачными, животные становились толстыми и светонепроницаемыми. Растения получают свою небольшую, но постоянную долю солнечного сока, оставаясь при этом на одном месте, но людям нравится двигаться, и для этого им необходима богатая энергией пища.

Если взглянуть на клетки и генетический код человека и растения, окажется, что мы не такие уж и разные. Эта поразительная схожесть жизни на её фундаментальных уровнях позволяет происходить таким необычным вещам, как кража фотосинтеза животным. Сегодня, благодаря развивающейся области синтетической биологии, у нас может получиться воспроизвести такие явления за одно эволюционное мгновение, благодаря чему биопанк-идеи о создании фотосинтезирующих участков кожи кажутся менее фантастическими.

По словам Пирса, обычно, когда гены одного организма переносят в клетки другого - это не срабатывает. Но если это работает, это может в одночасье изменить многое. Это как ускоренная эволюция.

Морские слизни - не единственные животные, способные осуществлять фотосинтез через симбиотические отношения. Другими классическими примерами таких существ являются кораллы, в клетках которых хранятся фотосинтетические динофлагелляты, а также саламандра пятнистая, использующая водоросли для снабжения своих эмбрионов солнечной энергией.

Однако морские слизни отличаются от подобных животных тем, что они нашли способ исключить посредников и совершать фотосинтез только для себя, поглощая хлоропласты из водорослей и покрывая ими стенки своего пищеварительного тракта. После этого гибрид животного и растения может месяцами жить, питаясь только солнечным светом. Но до сих пор загадкой оставалось, как именно слизни поддерживают свои краденые солнечные фабрики.

Теперь Пирса и другие соавторы исследования нашли ответ на этот вопрос. Похоже, что слизни не только воруют у водорослей хлоропласты, но ещё и крадут важные коды ДНК. В статье, опубликованной в журнале The Biological Bulletin, значится, что поддерживать работу солнечных машин ещё долгое время после поедания водорослей слизням может помогать ген, который кодирует фермент, используемый для починки хлоропластов.

В природе генетическая экспроприация может быть редким явлением, но в лабораториях учёные экспериментируют с ней на протяжении уже многих лет. Перенося гены из одного организма в другой, люди создали множество новых форм жизни: от кукурузы, производящей собственные пестициды, до светящихся в темноте растений. С учётом всего этого, настолько ли безумно предположение, что нам стоит последовать примеру природы и наделить животных - или даже людей - способностью к фотосинтезу?

Биолог, дизайнер и писатель Кристина Агапакис, получившая в Гарварде докторскую степень в области синтетической биологии, провела много времени размышляя над тем, как создать новый симбиоз, при котором животные клетки были бы способны фотосинтезировать. По словам Агапакис, миллиарды лет назад предки растений вобрали в себя хлоропласты, которые были свободноживущими бактериями.

Как рассказала Агапакис, проблема создания питающегося солнцем организма состоит в том, что для поглощения достаточного количества солнечного света необходима поверхность с очень большой площадью. С помощью листьев растениям удаётся поглощать огромное, относительно их размера, количество энергии. Мясистые люди, с их соотношением поверхности и объёма, скорее всего не обладают необходимой пропускной способностью.

Если вам интересно, можете ли вы обрести способность фотосинтезировать, я отвечу, что, во-первых, вам придётся полностью прекратить двигаться, а во вторых стать полностью прозрачными — рассказывает Агапакис, по подсчётам которой для осуществления фотосинтеза каждой человеческой клетке будут необходимы тысячи водорослей.

На самом деле, питающийся солнечным светом Elysia chlorotica может быть исключением, которое подтверждает правило. Слизняк стал выглядеть и вести себя настолько похоже на лист, что во многом стал больше растением, чем животным.

Но даже если человек не может существовать только за счёт солнца, кто сказал, что он время от времени не может дополнить свой рацион небольшой солнечной закуской? На самом деле, большинство способных к фотосинтезу животных, в числе которых несколько сородичей Elysia chlorotica, полагаются не только на энергию солнца. Свой фотосинтезирующий механизм они используют в качестве резервного генератора на случай нехватки еды. Таким образом, способность фотосинтезировать является страховкой от голода.

Возможно, человек смог бы найти совершенно новое применение фотосинтезу. Например, по словам Агапакис, на коже человека могли бы быть зелёные пятна – активируемая солнечным светом система заживления ран. Что-то, не требующее такого количества энергии, которое необходимо человеку.

В ближайшем будущем человек не сможет полностью перейти на обеспечение одним только солнечным светом - по крайней мере до тех пор, пока не решится на кардинальные модификации организма - поэтому пока нам остаётся продолжать вдохновляться примером природы.

Вообразить, что человек полностью отказался от привычной ему пищи, перестал поглощать в себя разные вкусности и теперь просто использует в качестве источника энергии солнечный свет как обыкновенное растение — непросто.

Но сколько тогда успел бы в своей жизни человек, не теряя больше времени, чтобы покупать, готовить и употреблять органическую пищу. Наверняка все освободившееся время пошло бы на что-то более полезное и приятное.

Не так давно учёные из Морской биологической лаборатории в Америке узнали интересный факт о бриллиантово-зелёном морском слизне, форма которого схожа с листком растения и питается он солнечным светом, но на самом деле он — представитель животного мира.

Этот слизень имеет яркую окраску за счёт ДНК водорослей, которые поглощает в качестве пищи. Профессор Южного Флоридского университета Сидни К. Пирса утверждает: «Совершенно невозможно, что ДНК водоросли могут действовать внутри животной клетки. Но однако, такое происходит. И именно они дают возможность животному питаться солнечным светом». Учёные утверждают, что при желании и люди могли бы воспользоваться этим механизмом.

Видимо, эволюция человека и животных пошла не тем путём. Растения все это время стремились стать тоньше и прозрачнее, а животный мир, наоборот, толстел и становился светонепроницаемым. В то время как растения регулярно получают необходимую порцию питания от солнца, находясь на одном и том же месте, животным и людям требуется более энергетически богатая пища, так как они постоянно двигаются и перемещаются.

Однако, если сравнить ДНК человека и растений, станет понятно, что не такие уж они разные. Это сходство берет начало из времён зарождения первой жизни на Земле, и даёт возможность животному красть фотосинтез. На сегодняшний момент синтетическая биология продвинулась на совершенно новый уровень и неосуществимая, казалось бы, до сего момента идея о создании участков кожи способных к фотосинтезу теперь не кажется такой фантастической.

Со слов Пирса: « Как правило, если ген одного организма попадает в клетку иного, то он не срабатывает. Но всё-таки это работает и есть вероятность в одно мгновение изменить многое. Это быстрая эволюция

Помимо морского слизня есть и другой пример животного мира, осуществляющий фотосинтез с помощью водорослей – это кораллы. В их клетках содержатся простейшие одноклеточные динофлагелляты, способные к фотосинтезу и пятнистая саламандра, которая использует водоросли, чтобы снабжать себя солнечной энергией.

Вот только морской слизень не использует посредников для фотосинтеза. Поглотив хлоропласты водорослей, слизень покрывает ими пищеварительный тракт. Теперь полуживотное — полурастение может долгое время питаться только солнечной энергией. Но до сих пор не было известно, как же слизень сохраняет эти украденные хлоропласты.

Сейчас же Пирса и другие учёные отыскали ответ. Оказывается, слизень крадёт у водорослей не только хлоропласты, но и важный ДНК код. Он-то и помогает слизню ещё довольно долгое время производить фотосинтез, так как несёт в себе фермент, который помогает поддерживать хлоропласты.

Восточная изумрудная элизия (Elysia chlorotica) – уникальный вид морских брюхоногих моллюсков. В процессе своей эволюции элизия стала единственным животным (из известных науке), которое пользуется фотосинтезом для питания.

«Elysia chlorotica» или «восточная изумрудная элизия»

Elysia chlorotica обитает вдоль атлантического побережья США и Канады. Ее молодые особи изначально не представляют собой ничего необычного и имеют коричневатую с красными вкраплениями окраску. Но по мере взросления элизия начинает питаться водорослями Vaucheria litorea , прокалывая ее клетки своей теркой-радулой и высасывая все содержимое. Содержащиеся внутри клетки хлоропласты отфильтровываются и ассимилируются с собственными клетками моллюска.

Напомним, что хлоропласты – это компоненты клеток растений, при помощи которых осуществляется процесс фотосинтеза, то есть процесс преобразования солнечной энергии в энергию связей. Хлоропласты содержат фотосинтетический пигмент хлорофилл, который придает растениям зеленый цвет.

Постепенно поглощая все больше хлоропластов, моллюск меняет свой цвет от коричневого до зеленого. После накопления достаточного количества хлоропласта животное переходит на питание солнечной энергией и получает глюкозу в процессе фотосинтеза. Это умение дает восточной изумрудной элизии возможность пережить периоды, когда водоросли Vaucheria litorea недоступны. Интересно, что даже если моллюск будет долгое время оставаться в тени на глубине, и все накопленные хлоропласты погибнут, восточная изумрудная элизия может вновь начать питаться водорослями и накапливать хлоропласт для фотосинтеза.

На данный момент Vaucheria litorea – единственное известное животное, умеющее осуществлять процесс фотосинтеза.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Некоторые виды животных переняли способности растений, чтобы иметь преимущества перед конкурентами. Природа поражает своей фантазией — от тли с солнечными батареями до водорослей, живущих в саламандре, — это живые уроки биологии, которые могут быть использованы для пояснения работы иммунной системы, а также усовершенствования генотерапии.

Симбиоз

СИМБИОЗ (от греч. symbiosis - сожительство) — тесное сожительство организмов двух или более видов, к-рое, как правило, стало необходимым и полезным для обоих партнеров (симбионтов). С. у морских животных открыл К. Мёбиус (1877).

Если вы не обладаете воможностями растений, то лучшим решением станут симбиотические отношения с фотосинтезирующими микроорганизмами. Этот метод используют многие виды кораллов: они являются скелетом и домом, а микробы зооксантеллы запасают энергию.

Следующий пример: симбиоз водорослей и саламандры. Каждую весну на северо-востоке США, пятнистые саламандры проснувшись, собираются в водоемах, чтобы размножаться. «После оргий, они откладывают кладки яиц», говорит Райан Керни, изучающий земноводных в колледже Геттисберга. «Несколько дней спустя, все яйца меняют оттенок и становятся слегка зелеными».

Дело в том, что в этих яйцах живет определенный тип водорослей, он приносит небольшую пользу для развивающегося эмбриона за счет увеличения концентрации кислорода в клетках. Кенни обнаружил, что на самом деле эти водоросли находятся внутри клеток эмбриона.

Морской слизняк и солнечные батареи

Среди морских слизняков Sacoglossa есть несколько видов, которые воруют хлоропласты у водорослей и потом фотосинтезируют самостоятельно. Это очень странно, так как хлоропласты нуждаются в условиях, созданных клеткой водоросли или растения.

Существует вид морского слизня (Elysia chlorotica), которому нужно питаться только в очень раннем возрасте. Он съедает водоросли, «воруя» их способность использовать энергию солнца, а затем переходит на автотрофное питание на протяжении всей своей 10-месячной жизни.

Сидни Пирс, биолог из Университета Южной Флориды, провел большую часть последних четырех лет в поисках генов, которые могли бы объяснить, как эти хлоропласты функционируют. В клетках Elysia chlorotica, он нашел около 50 генов, участвующих в процессе фотосинтеза.

Как передались гены от водорослей слизню? «Если бы я бы знал это, то понял как работает генотерапия, тогда я был бы миллионером», — сказал Пирс. Генотерапия основана на встроении генов в ДНК человека, и имеет потенциал для лечения всего — от рака до слепоты. Это пока только фантазия, так как чужеродная ДНК отторгается иммунной системой человека.

Исследователи Мария Румфо (университет Коннектикута), и Хайке Вигеле (Центр исследования молекулярного биоразнообразия, Германия) подвергают критике результаты Пирса. Они не уверены в том, что слизень сам встроил найденные гены в свою ДНК. Кроме того, необходимо больше, чем 50 генов для работы этих хлоропластов.

Вигеле считает, что ответ кроется в поведении слизня, а не его генах. Эти слизни защищают хлоропласты с помощью своеобразных штор, называемых параподией. Эти хлоропласты-соседи также уникальны, поскольку работают дольше других.

Тля

Гороховая тля не нуждается в воровстве для получения энергии от солнца.

В исследовании, опубликованном ранее в этом году в журнале «Научные доклады» установлено, что на свету гороховая тля может производить аденозинтрифосфат, или АТФ — аккумулятор энергии живых организмов (животные клетки обычно преобразовывать в АТФ пищу, в то время как растения производят АТФ в результате фотосинтеза).

Гороховая тля необычна и тем, что способна синтезировать каротиноиды, которые, как правило, производится растениями и микроорганизмами. Эти каротиноиды определяют цвет тли и также способны производить ATФ из солнечного света (Алан Робичон, Sophia Agrobiotech Institute, Франция).

Какую же пользу может извлечь человек, изучая эти уникальные способности животных? Сможем ли мы когда-нибудь использовать эти методы? Это покажет время…

Дуглас Мейн, livescience.com