Мы все знаем, что растения способны фотосинтезировать – они могут преобразовывать энергию солнечного света в органические вещества с помощью хлоропласт или каротиноидов. Однако в последние годы было обнаружено небольшое количество фотосинтезирующих животных, которые перерабатывают солнечный свет через симбиоз с водорослями и даже вырабатывают собственный электрический ток.
Восточная изумрудная элизия (Elysia chlorotica)
Первым из этих удивительных фотосинтетических животных является моллюск восточная изумрудная элизия, который эффективно крадет гены у водорослей, входящих в его рацион. Когда Elysia chlorotica поедает водоросли, она интегрирует хлоропласты в свои собственные клетки – этот процесс стал возможным благодаря тому, что моллюск имеют гораздо менее сложный процесс расщепления пищи, чем большинство животных. Его кишечная оболочка содержит клеточный мешок, который поглощает целые части клеток того, что он переваривает, позволяя хлоропластам проходить через него.
Исследователи обнаружили, что в дополнение к хлоропластам восточная изумрудная элизия может поглощать другие фотосинтетические гены в процессе горизонтального переноса генов (ГПГ), при котором генетический материал передается организму-непотомку. ГПГ очень редко встречается у организмов, отличных от бактерий, и позволяет Elysia chlorotica не только сохранять клетки водорослей для себя, но и передавать их своему потомству. Украденные хлоропласты могут быть настолько эффективны, что эти моллюски способны жить до девяти месяцев без еды и и при этом поддерживать нормальный уровень питания.
Желтопятнистая амбистома (Ambystoma maculatum)
Желтопятнистая амбистома похожа на восточную изумрудную элизию в том, что для того, чтобы быть частично фотосинтетической, она поддерживает симбиотические отношения с клетками водорослей. Хотя уже давно было известно, что между желтопятнистой амбистомой и водорослями существует связь, предполагалось, что организмы не влияют друг на друга. Однако, когда исследователь Райан Керни изучал эмбрионов желтопятнистого амбистома, он обнаружил ярко-зеленый цвет, исходящий из их клеток.
Хлоропласты были обнаружены рядом с митохондриями внутри клеток животного, что означает, что митохондрии, вероятно, непосредственно потребляли кислород и углеводы, которые образуются в результате фотосинтеза. Самое удивительное в этой взаимосвязи то, что все позвоночные обладают сильной иммунной системой, стремящейся уничтожить любой чужеродный материал в своих клетках. Хотя остается еще много вопросов, тем не менее желтопятнистая амбистома является первым позвоночным, у которого была обнаружена способность к фотосинтезу.
Шершень восточный (Oriental hornet)
В отличие от кражи хлоропластов из водорослей, желтая полоса этого фотосинтетического насекомого содержит ксантоперин, который активно поглощает свет и преобразует его в электричество. Микроскопические бороздки в экзоскелете шершня восточного задерживают солнечный свет, и когда фотоны достигают желтого пигмента, создается напряжение.
Это напряжение высвобождается в виде тока, когда шершень находится в темноте, и, по-видимому, имеет важное значение для развития его куколок. Шершень восточный также отличается от других представителей семейства настоящие осы тем, что более высокие температуры и потоки тока соответствуют более высокой активности в колонии – что делает их максимально активными в начале дня, в отличие от большинства ос, которые наиболее активны в первые часы после рассвета.
Гороховая тля (Acyrthosiphon pisum)
Гороховая тля использует свой источник пищи для развития способности фотосинтезировать так же, как и первые два организма, но не применяет хлоропласты. Исследования этих маленьких насекомых показывают, что они используют выработку каротиноидов, необходимых для различных функций организма, таких как зрение, рост костей и выработка витаминов. Возможно, вы более знакомы с бета-каротином, который обычно содержится в моркови и часто применяется для улучшения зрения и роста костей.
После измерения уровня аденозинтрифосфата (АТФ — или энергии) тли можно было увидеть, что у тлей разного цвета были разные уровни АТФ. Окраска тли варьируется от белого до оранжевого и зеленого, при этом белый цвет содержит наименьшее количество каротиноидов, а зеленый — наибольшее. Было обнаружено, что зеленая тля имеет значительно больше АТФ, чем белая, в то время как оранжевая тля вырабатывает больше АТФ на свету, а не в темноте. Хотя необходимы дополнительные исследования, чтобы убедиться, что тля действительно обладает фотосинтетическими способностями, ясно, что каротиноиды могут поглощать свет и передавать эту энергию тли.
Благодаря лучшему пониманию и исследованию этих уникальных животных мы можем лучше понять не только то, как они функционируют, но и то, как они приобрели способность к фотосинтезу, а также как мы можем применить наши знания о них к себе и нашим постоянно развивающимся технологиям.
