科学家找到昆虫进行光合作用的首个证据
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2019-11-14 17:07
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火星译客

蚜虫可能具有基本的阳光收集系统

来自《自然》杂志

蚜虫的生物学特性很奇怪:它们可能是在怀孕时出生的,雄性有时会缺少嘴巴,导致它们在交配后不久就死亡。除了蚜虫的这些异常现象外,本周发表的研究表明,它们还可能捕捉阳光并将能量用于陈代谢。

蚜虫合成称为类胡萝卜素的色素的能力在动物中是独一无二的。许多生物都依赖这些色素来实现多种功能,例如维持健康的免疫系统和合成某些维生素,但是所有其他动物都必须通过饮食来获取它们。法国索菲亚安提波利斯索菲亚农业生物技术研究所的昆虫学家阿兰·罗宾森及其同事认为,在蚜虫中,这些色素可以吸收太阳的能量并将其转移到参与能量生产的细胞机制中 。[1]

尽管这种能力在动物中是空前的,但在其他物种中却很常见。植物和藻类以及某些真菌和细菌也可以合成类胡萝卜素,在所有这些生物中,色素是光合作用机制的一部分。

自制收割机

从2010年的发现[2]得出的线索来看,蚜虫中发现的高水平的类胡萝卜素是自产的,罗宾森和他的团队开始着手研究为什么昆虫会产生这种代谢上这种珍贵的化学物质。

类胡萝卜素控制蚜虫的颜色,蚜虫的颜色决定了哪一种捕食者能够看见它。 罗宾森实验室中蚜虫的体色受环境条件的影响,寒冷的环境下蚜虫呈现绿色,最适宜的条件下出现橙色蚜虫,而当蚜虫数量巨大和面临着资源紧缺时蚜虫出现白色。

当研究人员测量蚜虫的ATP(三磷酸腺苷)水平(一种用于所有生物中能量转移的“货币”)时,结果令人震惊。含有高水平类胡萝卜素的绿色蚜虫明显比白色蚜虫产生的ATP高得多。此外,当将含有中等量类胡萝卜素的橙色蚜虫置于光照下时,ATP的产量会增加,而当它们移入黑暗环境中时则会降低。

研究人员继续压碎橙色蚜虫并纯化蚜虫的类胡萝卜素,证明正是这些提取物能够吸收光并传递能量。

索菲亚研究所的另一位昆虫学家玛丽亚·卡波维拉也是该研究论文的另一位作者坚持认为,在科学家们可以确定蚜虫真正进行光合作用之前,还需要做更多的研究工作,但是这些研究结果肯定会引发这种可能性。

胡萝卜素分子在蚜虫体内的排列方式证实了这一假设的分量。色素在蚜虫的表皮下0至40微米之间形成一层,使其处于捕获太阳光的理想位置。

康涅狄格州西黑文市耶鲁大学昆虫遗传学家南希·莫兰负责最初发现蚜虫具有类胡萝卜素生产基因的发现,她指出,还有许多未解决的问题。莫兰表示:“似乎能量生产至少是蚜虫问题中的一种,饮食中含有过量的糖,其中这些糖蚜虫无法使用。”

这就引出了为什么蚜虫需要光合作用的问题。但是卡波维拉推测,像电池一样的备用电池可能会在环境压力较大的时候为它们提供帮助,例如当蚜虫迁移到新的寄主植物时。

本文经《自然 》杂志许可转载。该文章于2012年8月17日首次发表

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