Фотосинтез у животных

Экосалинон

Ecology and environment news

Уникальные фотосинтезирующие животные

• Лиана
• Наука
• Posted on 20.11.2012 20.11.2012
• Leave a Comment on Уникальные фотосинтезирующие животные

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 (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.

«Этого не должно происходить, — добавил он, — потому, что иммунная система позвоночных должна нападать на чуждые организму клетки».

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.

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…

Elysia chlorotica — единственное известное животное с фотосинтезом

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.

Водоросль Vaucheria litorea

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.

Найдено животное, способное к фотосинтезу

Поделиться:

В воскресенье я позвонил профессору Мэри Рамфо-Кеннеди из Университета штата Мэн (Mary E. Rumpho-Kennedy, PhD, Professor of Biochemistry, University of Maine). Я ей сразу сказал: «Ну все, Вы придумали. как разрулить мировой кризис еды. Люди вырастят себе большие зеленые лопухи на темени и будут фотосинтезировать». Я вообще чужд такой журналистской жеребятины, но новость действительно ошеломляющая и наводит ровно на эти мысли.

У берегов Ново-Скотии водится такой ужасно красивый морской слизняк, Элизия (см. фото выше). Еще в XIX веке заметили, что она не просто прикидывается листочком. Ее ткани, как и ткани водоросли, которую она ест, и впрямь содержат хлоропласты.

Вы помните, чем отличаются животные от растений? Растения способны к фотосинтезу, у них в клетках есть хлоропласты, которые делают зелеными наши леса. Пользуясь бесплатным солнечным светом, бесплатным углекислым газом и бесплатной водой, эти волшебные машинки создают богатую энергией живую материю. Вот они какие:

Фото: Getty Images/Fotobank

А животные ничего этого не могут, поэтому они должны есть растения (или друг друга) и так получать энергию. Вся живая материя и энергия на планете происходит от фотосинтеза: и листья салата, и мясо теленка, и бензин в вашем бензобаке, и даже свет вашей лампочки (если электростанцию топят углем).

Но когда мы едим петрушку, мы не зеленеем от этого, потому что хлоропласты разрушаются в кишечнике. Элизия тоже получает хлоропласты с пищей – трескает водоросли, но она как-то приспособилась их не разрушать, а накапливать в тканях. При этом слизняк такой плоский и прозрачный, что хлоропласты продолжают работать и дают сахар этому животному. Наевшись хлоропластов, слизняк может «фотосинтезировать» 9 месяцев и жить без пищи. Потом хлоропласты все-таки портятся, и надо съесть новые.

И вот здесь кроется великая тайна, которую смогли разгадать только на прошлой неделе. Дело в том, что такие симбиозы животных и растений хорошо известны. Я недавно писал про моллюсков, которые разводят целый огород из ярко-синих водорослей у себя на мантии:

Фото автора

Но в этих случаях речь идет именно об огороде – то есть симбиозе двух организмов. В случае с Элизией хлоропласты – это не симбионты, а украденные органы. Их даже так и называют – «клептопласты». Как они работают по 9 месяцев в чужом организме? Вот у растений в клетках есть около 2000 генов, которые необходимы, чтобы хлоропласты работали. У животных их нет – и как же?

Оказывается, у Элизии такие гены есть. Команда Мэри Рамфо-Кеннеди нашла в геноме у Элизии один ген, причастный к фотосинтезу – скорее всего, найдут и еще, когда сделают полный геном, это в наше время легко. Но как этот ген попал в ДНК слизняка – от растения? Тут Мэри напомнила мне, что вообще такие примеры горизонтального переноса генов встречаются. Считается, что и в наших генах много обрывков ДНК вирусов, которыми мы раньше болели.

«Надо сказать – и в этом главная ирония ситуации, – что и сами хлоропласты когда-то были свободно живущими бактериями. Предки растений, одноклеточные существа, питались ими. В какой-то момент между едоками и пищей возник симбиоз, хлоропласты стали жить в растительных клетках и потом передали часть своих генов в ядро этих клеток – путем все того же горизонтального переноса. В случае с Элизией повторяется та же древняя история, – сказала мне Мэри Рамфо-Кеннеди.

А что если мы научимся внедрять такие гены скоту? Коровы с зелеными ушами, которых не надо кормить? (Я настаиваю на ушах, т.к. листик должен быть плоским, чтобы проходил свет; ушей должно быть много, и они должны быть большими, окей?) А если нам самим внедрить такие гены, нам не будет нужна еда?

Мэри, естественно, обломала меня по всем пунктам. Не буду подробно перечислять ее доводы – суть в том, что надо перенести все 2000 генов, а это непросто. Но на самом деле эта проблема кажется уже количественной – на качественном уровне можно считать доказанным, что гены растений могут работать в животном организме. И это потрясает.

Илья Колмановский, 32 года, живет в Москве. Биолог, журналист и школьный учитель. Женат, есть дочь Дина полутора лет. Закончил факультет биологии МГУ. Защитил диссертацию про эволюцию двуногой походки у приматов. Увлечения: дайвинг, орхидеи, люди.

Источники:

https://ecosalinon.com/nauka/unikalnye-fotosinteziruyushhie-zhivotnye.html
https://mydiscoveries.ru/elysia-chlorotica-edinstvennoe-izvestnoe-zhivotnoe-s-fotosintezom
https://snob.ru/selected/entry/1066/