Подведены итоги конкурса научных и педагогических работ сотрудников, внёсших значительный вклад в реализацию Программы развития университета. Конкурс проводился в трёх номинациях: «Достижения в научно-исследовательской деятельности», «Достижения в преподавании и методической работе», «Достижения лекторов межфакультетских учебных курсов, курсов междисциплинарной тематики, онлайн-курсов, реализуемых на платформе МГУ «Университет без границ ». Первой премии в номинации «Достижения в научно-исследовательской деятельности» удостоена Мария Логачёва , старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ . Она рассказала газете «Московский университет» о своих научных интересах:
Мария Логачёва: «Полногеномный анализ стал одним из неотъемлемых методов современных биологических и медицинских исследований»
Я изучаю произошедшие в связи с потерей способности к фотосинтезу изменения генома таких растений.
Оказывается, что даже в не связанных близким родством группах бесхлорофилльных растений происходят похожие изменения, причём они состоят не только в потере генов, связанных с фотосинтезом (что было бы ожидаемо). Так, например, у всех этих растений увеличена скорость накопления замен. Интересно, что некоторые из генов, связанных с фотосинтезом, сохраняются, несмотря на кажущееся отсутствие необходимости в них. Возможно, в ходе эволюции они приобрели новые функции.
Я работаю в отделе эволюционной биохимии НИИ ФХБ, руководителем которого является А.В. Троицкий , и в лаборатории эволюционной геномики. Эта лаборатория была организована в 2010 г. А.С. Кондрашовым в рамках выделенного Министерством образования и науки « ». Я принимаю участие в работах по проекту создания банка-депозитария живых систем (он известен под неформальным названием ). Это междисциплинарный проект, объединивший биологов различных специальностей, медиков, математиков. Группа, в составе которой я работаю, занимается геномным анализом биоразнообразия эукариот.
Помимо непосредственных научных интересов, я организую работу по получению геномных данных в МГУ. Полногеномный анализ стал одним из неотъемлемых методов современных биологических и медицинских исследований. Центры геномного анализа стали столь же непременной частью научной инфраструктуры, как вычислительные комплексы и виварии. В МГУ роль такого центра играет Лаборатория эволюционной геномики.
Фотосинтез - это процесс поглощения организмами световой солнечной энергии и преобразования ее в химическую энергию. Кроме зеленыл растений, водорослей к фотосинтезу способны и другие организмы - некоторые простейшие, бактерии (цианобактерии, пурпурные, зеленые, галобактерии). Процесс фотосинтеза у этих групп организмов имеет свои особенности.
При фотосинтезе под действием света с обязательным участием пигментов (хлорофилла - у высших растений и бактериохлорофилла - у фотосинтезирующих бактерий) из углекислого газа и воды образуется органическое вещество. У зеленых растений выделяется при этом кислород.
Все фотосинтезирующие организмы называются фототрофами, поскольку для получения энергии они используют солнечный свет. За счет энергии этого уникального процесса существуют все остальные, гетеротрофные организмы на нашей планете (см. Автотрофы, Гетеротрофы).
Процесс фотосинтеза идет в пластидах клетки - хлоропластах. Компоненты фотосинтеза - пигменты (зеленые - хлорофиллы и желтые - каротиноиды), ферменты и другие соединения - упорядоченно располагаются в мембране тилакоидов или строме хлоропласта.
Молекула хлорофилла имеет систему сопряженных двойных связей, благодаря чему при поглощении кванта света она способна перейти в возбужденное состояние, т. е. один из ее электронов изменяет свое положение, поднимаясь на более высокий энергетический уровень. Это возбуждение передается так называемой основной молекуле хлорофилла, которая способна к разделению заряда: отдает электрон акцептору, который отправляет его по системе переносчиков в электронно-транспортную цепь, где электрон отдает энергию в окислительно-восстановительных реакциях. За счет этой энергии протоны водорода «перекачиваются» с внешней стороны мембраны тилакоидов на внутреннюю. Образуется разность потенциалов водородных ионов, энергия которой идет на синтез АТФ (см. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Образование АТФ в процессе фотосинтеза называется фотофосфо-рилированием в отличие от окислительного фосфорилирования, т. е. образования АТФ за счет процесса дыхания.
Молекула хлорофилла, отдавая электрон, окисляется. Возникает так называемая электронная недостаточность. Чтобы процесс фотосинтеза не прерывался, она должна быть возмещена другим электроном. Откуда же он берется? Оказывается, источник электронов, а также протонов (помните, они создают разность потенциалов по обе стороны мембраны) - вода. Под действием солнечного света, а также с участием особого фермента зеленое растение способно фотоокислять воду:
Полученные таким образом электроны заполняют электронную недостаточность в молекуле хлорофилла, протоны же идут на восстановление НАДФ (активной группы ферментов, транспортирующих водород), образуя еще один энергетический эквивалент НАДФ. И в дополнение к АТФ.
Рисунок (см. оригинал)
Помимо электронов и протонов при фотоокислении воды образуется кислород, благодаря которому атмосфера Земли пригодна для дыхания.
Энергетические эквиваленты АТФ и НАДФ-Н расходуют свою энергию макро-эргических связей на нужды клетки - на движение цитоплазмы, транспорт ионов через мембраны, синтез веществ и т. д., а также обеспечивают энергией темновые биохимические реакции фотосинтеза, в результате которых синтезируются простые углеводы и крахмал. Эти органические вещества служат субстратом для дыхания или расходуются на рост и накопление биомассы растения.
Продуктивность сельскохозяйственных растений тесно связана с интенсивностью фотосинтеза.
ТЕМА 2 ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНИЗМЫ. ПЕРЕХОД К БАГАТОКЛІТИННОСТІ
§15. ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНИЗМЫ, СПОСОБНЫЕ К ФОТОСИНТЕЗУ: ЕВГЛЕНА ЗЕЛЕНА, ХЛАМІДОМОНАДА И ХЛОРЕЛЛА
Вспомните строение и функции хлоропластов. Из чего состоит клеточная оболочка растительных клеток?
Какие особенности строения и процессов жизнедеятельности евглены зеленой? Живет евглена зеленая в неглубоких пресных водоемах, обычно с высоким содержанием органических веществ. Форма клетки веретенообразная (рис. 59, А). Под клеточной мембраной в уплотненном слое цитоплазмы являются структуры, которые поддерживают форму клетки. Вместе они составляют пелікулу.
Одноклеточные организмы, как и многоклеточные, способные воспринимать различные раздражители окружающей среды и реагировать на них. Евглена зеленая реагирует на изменение освещенности благодаря утолщению вблизи основания жгутика. Найдите на рисунке 59, Б глазок красного цвета. Оно регулирует количество света, попадающего на это утолщение. Евглена зеленая будет плыть в ту сторону водоема, который лучше освещен. Это является примером раздражимости. Движение евглены зеленой обеспечивает длинный жгутик.
Ученые окончательно не определились, относить евглену зеленую до одноклеточных твариноподібних организмов или растений. И вот почему. Питается евглена зеленая на свету, как растение осуществляет фотосинтез. Организмы, осуществляющие процесс фотосинтеза, способны обеспечивать себя органическими веществами, которые сами образуют из неорганических. Такой тип питания называют автотрофним (от греч. авто - сам и " трофос - питание). Способность к фотосинтезу обусловлена наличием хлоропластов с хлорофиллом. В цитоплазме евглены зеленой откладывается углевод, который напоминает крахмал, запасается в растительных клетках.
В темноте евглена зеленая начинает питаться, как животное: впитывает сквозь поверхность клетки растворы органических веществ. Как вы помните, такой тип питания называют гетеротрофним. Итак, евглені зеленой свойственно смешанное питание.
Избыток воды из организма выводит сократительная вакуоля, расположенная у основания жгутика. Так регулируется давление внутри клетки.
Рис. 59. А. Фото евглены зеленой.
Бы. Схема строения клетки евглены зеленой: 1 - клеточная мембрана;
2 - цитоплазма; 3 - ядро; 4 - жгутик; 5 - сократительная вакуоля;
6 - хлоропласт; 7 - глазок
Рис. 60. Размножение евглены зеленой делением клетки пополам
Посудите: 1. Почему в пресной водоеме вода поступает внутрь клетки, а не наоборот? 2. Почему давление внутри клетки не может постоянно расти?
Газообмен в евглены зеленой происходит через поверхность клетки.
В задней части клетки расположено ядро. Размножается евглена зеленая делением клетки пополам (рис. 60) (вспомните этапы деления клетки).
Два представители одноклеточных растений - хламідомонада и хлорелла - относятся к зеленых водорослей. Многоклеточных представителей этой группы рассмотрим впоследствии.
Зеленые водоросли распространены во всех типах водоемов, преимущественно пресноводных. Случаются они и на увлажненных участках суши, на снегу и во льду.
Какие особенности строения и процессов жизнедеятельности хламідомонади? Хламідомонада - микроскопическая одноклеточная водоросль (рис. 61), что обитает в основном в пресных водоемах (некоторые виды встречаются в морях и в лесных почвах). Форма клетки - грушевидная. На переднем крае расположены два жгутики одинаковой длины. С их помощью хламідомонада плавает в толще воды. Как и у других растений, клетка хламідомонади окружена плотной клеточной оболочкой. Под ней есть клеточная мембрана. В цитоплазме, кроме большой вакуоли с клеточным соком, хламідомонада имеет две маленькие сократительные вакуоли (найдите на рисунке 61 сократительные вакуоли и вспомните их функции). В центре клетки расположено ядро.
Хлоропласт в хламідомонади один - крупный, чашевидной формы. В его состав входит пятно красного пигмента - глазок. Оно участвует в восприятии света. С помощью жгутиков хламідомонада движется в сторону лучшего освещения, так же как и евглена зеленая.
Хламідомонаді, как и евглені зеленой, присущ смешанный тип питания. На свету она питается с помощью фотосинтеза, в условиях недостаточного освещения поверхностью клетки впитывает растворенные в воде органические вещества.
Газообмен, как и в других одноклеточных организмов, происходит через поверхность клетки.
Хламідомонада способна размножаться как нестатево, так и половым путем. Неполовое размножение - это форма размножения с помощью неполовых клеток, например спор.
Спора - это клетка, покрытая плотной оболочкой, которая обеспечивает неполовое размножение. Половое размножение происходит в результате слияния двух половых клеток. Неполовое размножения в хламідомонади происходит так (рис. 62, А). Под клеточной оболочкой цитоплазма и ядро несколько раз делятся. Возникают небольшие споры с двумя жгутиками. Они оставляют оболочку материнской клетки и выходят в воду. Там они быстро вырастают до определенных размеров, после чего их клеточная оболочка становится твердой и нерозтяжною.
Рис. 61. Одноклеточная зеленая водоросль хламідомонада: 1 - ядро;
2 - хлоропласт; 3 - цитоплазма; 4 - два жгутики;
5 - красный глазок; 6 - две сократительные вакуоли; 7 - клеточная оболочка. Задачи. Рассмотрите рисунок и найдите составляющие строения хламідомонади
Рис. 62. Неполовое (А) и половое (Б) размножения хламідомонади
Когда наступают неблагоприятные условия (понижение температуры воды, пересыхание водоемов и т. п), материнская клетка делится на несколько десятков половых клеток (рис. 62, Б). Они внешне подобны спор, однако значительно меньше по размерам. Выходя в воду, половые клетки попарно сливаются. Процесс слияния половых клеток называется оплодотворение. Образована оплодотворенная клетка покрывается толстой оболочкой. В таком состоянии она хорошо выдерживает замерзания и высыхания. При наступлении благоприятных условий цитоплазма и ядро оплодотворенной клетки делятся. Так образуются 4 споры, которые выходят в воду и превращаются в зрелых хламідомонад.
Из-За массового размножения хламідомонада может вызывать явление, известное под названием «цветение» воды. В это время вода становится мутной и зеленкуватою.
Чем характеризуется водоросль хлорелла? Клетка хлореллы шаровидной формы (рис. 63, А). Различные виды хлореллы распространены в пресных и соленых водоемах, на увлажненных участках суши (влажная почва, кора деревьев).
В отличие от хламідомонади, клетка хлореллы не имеет жгутиков и поэтому неподвижна. У нее также нет глазка. Клетку окружает плотная клеточная оболочка. Хлорелла имеет одно ядро. Ее хлоропласт обычно чашеобразной формы. Питается хлорелла лишь благодаря фотосинтезу. Газообмен происходит через поверхность клетки.
Размножается водоросль нестатевим способом неподвижными спорами (рис. 63, Б). Их вследствие разделения содержимого материнской клетки образуется до 8. Споры освобождаются через разрывы оболочки материнской клетки.
При неблагоприятных условиях оболочка клетки хлореллы может потовщуватись, в цитоплазме накапливается много масла и запасного крахмала. В таком неактивном состоянии хлорелла может находиться длительное время.
Рис. 63. А. Строение клетки хлореллы: 1 - клеточная оболочка; 2 - ядро;
3 - чашоподібний хлоропласт. Бы. Размножение хлореллы спорами
С середины XX столетия хлорелу используют для очистки воды и восстановления состава воздуха на космических станциях и подводных лодках. Оказалось, что эта водоросль богата на различные витамины и необходимые для организма человека химические элементы (Фосфор, Кальций, Калий, Магний, Феррум, Купрум Сульфур, Йод и др). По содержанию этих элементов она превышает все известные культурные растения.
Клетки хлореллы содержат хлорофилла больше, чем клетки любых других растений. Хлорофилл хорошо известен своими антибактериальными свойствами, стимулирует процессы кроветворения, работу сердечно-сосудистой, пищеварительной систем. Вещества, которые входят в состав клеточной стенки хлореллы, способствуют выведению из нашего организма ядовитых веществ: ядохимикатов, тяжелых металлов. Они защищают от опасного воздействия радиации. Хлорелла стимулирует иммунную систему человека и рост организма. Поэтому из клеток хлореллы изготавливают различные препараты, которые употребляет человек, например витамины.
Науку, которая разрабатывает методы использования организмов и биологических процессов в промышленности, называют биотехнологией.
Интересно знать, что хлорелла - прекрасное зеленое удобрение. Если в ведро с водой для полива растений добавить несколько гранул нитратно-фосфатного удобрения (2-3 г на 10 л воды), то уже через сутки там массово хлорелла размножится. Применяя такую «зеленую» воду для полива растений, можно уменьшить расходы минеральных и органических удобрений.
ОБОБЩИМ ЗНАНИЯ
Евглена зеленая - одноклеточный организм, которому присущи признаки как животных, так и растительных клеток.
Хламідомонада и хлорелла - одноклеточные зеленые водоросли. Окраска их клеткам придает зеленый пигмент хлорофилл, содержащийся в хлоропластах.
Хламідомонада имеет два жгутики, с помощью которых плавает в толще воды. Она способна размножаться как нестатево, с помощью подвижных спор, так и половым путем.
Хлорелла жгутиков не имеет, поэтому ее клетка неподвижна. Она размножается только нестатево, с помощью неподвижных спор.
Хлорелу широко используют как витаминные и стимулирующие препараты, употребляют в пищу и тому подобное.
Пополните свой биологический словарь: евглена зеленая, хламідомонада, хлорелла, биотехнология, автотрофне питание, смешанное питание, споры, половые клетки, неполовое размножение половое размножение, оплодотворение.
ПРОВЕРЬТЕ ПОЛУЧЕННЫЕ ЗНАНИЯ
Выберите один правильный ответ
1. Хламідомонада и хлорелла на свете питаются: а) готовыми органическими веществами, которые они впитывают из воды; б) с помощью фотосинтеза.
2. Неподвижный образ жизни ведет: а) хламідомонада; б) хлорелла; в) евглена зеленая; г) амеба протей.
3. Хлорелла размножается с помощью спор: а) продвижения; б) неподвижных.
Дайте ответ на вопрос
1. Какие особенности строения клетки евглены зеленой? Как она питается?
2. Какие отличия в размножении хламідомонади и хлореллы?
3. Какое значение хламідомонади и хлореллы в природе?
4. С какой целью человек применяет хлорелу в своем хозяйстве?
Подумайте. Чем можно объяснить отсутствие глазка у хлореллы? Может ли это быть связанным с отсутствием у нее жгутиков?
Задачи на сравнение. Внимательно рассмотрите рисунок 64, на котором изображен клетки евглены зеленой и хламідомонади. Отметьте черты сходства и отличия этих одноклеточных организмов, сравнив такие признаки: клеточная оболочка, клеточная мембрана, органеллы движения, ядро, хлоропласты, глазок, сократительные вакуоли, вакуоли с клеточным соком, способ питания, способы размножения.
Рис. 64. 1. Евглена зеленая. 2. Хламідомонада
СТРАНИЦА БУДУЩЕГО БИОЛОГА
«Цветение» воды может быть вызвано массовым размножением водорослей и цианобактерий. Часто это явление наблюдают и в аквариумах, находящихся длительное время при ярком освещении. При этом страдают другие водные растения: одноклеточные водоросли их затеняют и интенсивно впитывают из воды питательные вещества. Для борьбы с «цветением» воды в акваріумах можно применить биологический способ борьбы. Туда запускают рачков дафний, которые питаются водорослями. Через 3-4 суток вода в аквариуме снова становится чистой.
Фотосинтез - это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии света . В подавляющем большинстве случаев фотосинтез осуществляют растения с помощью таких клеточных органелл как хлоропласты , содержащих зеленый пигмент хлорофилл .
Если бы растения не были способны к синтезу органики, то почти всем остальным организмам на Земле нечем было бы питаться, так как животные, грибы и многие бактерии не могут синтезировать органические вещества из неорганических. Они лишь поглощают готовые, расщепляют их на более простые, из которых снова собирают сложные, но уже характерные для своего тела.
Так обстоит дело, если говорить о фотосинтезе и его роли совсем кратко. Чтобы понять фотосинтез, нужно сказать больше: какие конкретно неорганические вещества используются, как происходит синтез?
Для фотосинтеза нужны два неорганических вещества - углекислый газ (CO 2) и вода (H 2 O). Первый поглощается из воздуха надземными частями растений в основном через устьица. Вода - из почвы, откуда доставляется в фотосинтезирующие клетки проводящей системой растений. Также для фотосинтеза нужна энергия фотонов (hν), но их нельзя отнести к веществу.
В общей сложности в результате фотосинтеза образуется органическое вещество и кислород (O 2). Обычно под органическим веществом чаще всего имеют в виду глюкозу (C 6 H 12 O 6).
Органические соединения большей частью состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. Именно они содержатся в углекислом газе и воде. Однако при фотосинтезе происходит выделение кислорода. Его атомы берутся из воды.
Кратко и обобщенно уравнение реакции фотосинтеза принято записывать так:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Но это уравнение не отражает сути фотосинтеза, не делает его понятным. Посмотрите, хотя уравнение сбалансированно, в нем общее количество атомов в свободном кислороде 12. Но мы сказали, что они берутся из воды, а там их только 6.
На самом деле фотосинтез протекает в две фазы. Первая называется световой , вторая - темновой . Такие названия обусловлены тем, что свет нужен только для , независима от его наличия, но это не значит, что она идет в темноте. Световая фаза протекает на мембранах тилакоидов , темновая - в строме хлоропласта.
В световую фазу связывания CO 2 не происходит. Происходит лишь улавливание солнечной энергии хлорофилльными комплексами, запасание ее в , использование энергии на восстановление НАДФ до НАДФ*H 2 . Поток энергии от возбужденного светом хлорофилла обеспечивается электронами, передающимися по электрон-транспортной цепи ферментов, встроенных в мембраны тилакоидов.
Водород для НАДФ берется из воды, которая под действием солнечного света разлагается на атомы кислорода, протоны водорода и электроны. Этот процесс называется фотолизом . Кислород из воды для фотосинтеза не нужен. Атомы кислорода из двух молекул воды соединяются с образованием молекулярного кислорода. Уравнение реакции световой фазы фотосинтеза кратко выглядит так:
H 2 O + (АДФ+Ф) + НАДФ → АТФ + НАДФ*H 2 + ½O 2
Таким образом, выделение кислорода происходит в световую фазу фотосинтеза. Количество молекул АТФ, синтезированных из АДФ и фосфорной кислоты, приходящихся на фотолиз одной молекулы воды, может быть различным: одна или две.
Итак, из световой фазы в темновую поступают АТФ и НАДФ*H 2 . Здесь энергия первого и восстановительная сила второго тратятся на связывание углекислого газа. Этот этап фотосинтеза невозможно объяснить просто и кратко, потому что он протекает не так, что шесть молекул CO 2 объединяются с водородом, высвобождаемым из молекул НАДФ*H 2 , и образуется глюкоза:
6CO 2 + 6НАДФ*H 2 →С 6 H 12 O 6 + 6НАДФ
(реакция идет с затратой энергии АТФ, которая распадается на АДФ и фосфорную кислоту).
Приведенная реакция – лишь упрощение для облегчения понимания. На самом деле молекулы углекислого газа связываются по одной, присоединяются к уже готовому пятиуглеродному органическому веществу. Образуется неустойчивое шестиуглеродное органическое вещество, которое распадается на трехуглеродные молекулы углевода. Часть этих молекул используется на ресинтез исходного пятиуглеродного вещества для связывания CO 2 . Такой ресинтез обеспечивается циклом Кальвина . Меньшая часть молекул углевода, включающего три атома углерода, выходит из цикла. Уже из них и других веществ синтезируются все остальные органические вещества (углеводы, жиры, белки).
То есть на самом деле из темновой фазы фотосинтеза выходят трехуглеродные сахара, а не глюкоза.
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.
