动物的“光合作用”

赵礼明

植物通过光合作用为自己储存能量，然后草食动物通过食用植物的果实、种子乃至茎秆来摄取能量，肉食动物再通过捕食草食动物来维持生命并且不断繁衍。除极少数可以通过其他方式获取能量的微生物之外，绿色植物的光合作用可以说是地球上一些生物生存繁衍的能量源泉。

化石能源是古代动植物遗体埋藏在地下形成的，其中蕴藏的能量其实也来源于太阳能，只不过对于现代人来说，这种不可再生的能源实在是大自然慷慨的馈赠——因为缺乏必要的各种环境与条件，即使我们现在再把柴草秸秆等埋在地下，也不可能再形成化石能源。

以现代工业对化石能源的依赖程度来看，能源危机绝不是某些研究人员的危言耸听，保守估计，即便保持现在的消耗速度，地球上的石油资源也不过仅仅维持未来几十年的使用储备，更何况随着工业发展的日新月异，以及人类对生活舒适度的过度追求，人类对化石能源的需求量还在与日俱增。

有科幻小说作者提出近乎疯狂的想法——能否在人体皮肤组织内植入叶绿素，让人体像绿色植物一样进行光合作用，那样最起码人类将不再为食物而担心。以此类推，古代那些宣称可以辟谷的仙人，是否已经具备了这种能力，能够直接利用太阳能，而无需通过饮食来摄取能量？

记得看过这样一篇科幻小说，大意是世界濒临末日，土地大量沙漠化，环境已经不再适合人类生存，一位科学家研制成功了一种特殊试剂，可以让沙漠重新生长绿色植物。一个组织派出一群杀手来抢夺这种试剂，最后女主角为了保护这种试剂不慎把试剂滴在自己手上——她变成了一棵树，生长在荒凉的大漠深处，保护着这片她深爱的土地。

这样的结局凄美而深刻，然而除去类似的伦理争议，单纯从技术的层面分析，动物或者人类能否借助叶绿素实现“光合作用”呢？

答案“几乎”是否定的！叶绿素在植物体内“如鱼得水”，发挥着重要作用，但其化学性质不很稳定，光、酸、碱、氧化剂等都有可能使其分解；而叶绿素需要在叶绿体内才能发挥作用，且需要各种色素以及与光合作用相关的酶协同作用。对酶来说，它对工作温度的要求极其苛刻，而植物和动物的“体温”显然差别很大。

日本和英国的科学家曾以大鼠等实验动物作为研究对象，分析在它们的血液中注入叶绿素的反应，结果令人惊讶——注入叶绿素的实验动物比对照组动物体内红细胞数量显著增加。科学家分析，由于叶绿素富含铁元素，所以为红细胞的形成提供了物质基础。而日本摄南大学的研究小组则发现，叶绿素有着极强的解毒作用，以臭名昭著的二噁英为例，动物实验证明：如果在老鼠的食物内添加20%含有叶绿素的食物，可以使二噁英的排出量增加3.63倍。诸多实验事实表明，叶绿素的医疗保健功能值得期待。

但这仍然只是叶绿素的利用层面，人类或者其他动物距离“光合作用”还是遥遥无期。

2010年，来自美国亚利桑那大学的一份研究报告让专业研究者发现了一丝曙光——生物学家南希·莫兰和泰勒·贾维克发现豌豆蚜在某种特定条件下可以像植物一样为自身生产类胡萝卜素。研究者们研究了不同条件下豌豆蚜体态特征的变化，结果发现：豌豆蚜跟许多其他动物一样，能够根据环境改变身体的颜色。在温度适宜的环境中，豌豆蚜可以产生中等程度的类胡萝卜素来让身体变为橘黄色；在冰冷的环境中，豌豆蚜会产生大量的类胡萝卜素让身体呈现绿色；在缺乏资源的环境中，豌豆蚜会变得没有颜色，整个身体趋近于白色。

研究者对豌豆蚜体内的ATP（三磷酸腺苷）浓度进行了测试，这是一种常用的测量生物体内能量转换的方式。结果让人惊讶——绿色豌豆蚜可以比白色豌豆蚜制造出更多的ATP，而橘黄色豌豆蚜在阳光照射条件下产生的ATP也要比黑暗条件下产生的多得多。

研究者还捣碎了橘黄色的豌豆蚜，并且清空了它们体内的类胡萝卜素，以此来证明正是类胡萝卜素吸收了阳光转化了能量。所有反馈信息都指向这种合成色素对光诱导电子转移系统有作用，而在这个系统中豌豆蚜可以从太阳光中获得能量。

豌豆蚜本来靠吸食植物嫩芽中的汁液为生，科学家们分析这也许是这种生物应对环境的一种备用能力——当周围环境不足以为它们提供所用能源的时候，它们就会启用这种能力来应对较为恶劣的处境。

无论如何，这种研究为人工模拟光合作用提供了理论依据，它意味着当技术达到了一定程度，人们可以采取更加灵活多变的形式来直接利用太阳能，而不仅仅依赖于化石能源。

编辑/梁宇清