绿巨人但无法自行固定碳。这让绿巨人很生气！
这是我英国广播公司专栏的第十篇文章我的英国广播公司专栏
人类必须种植、捕猎和采集食物，但许多生物并非如此受限。植物、藻类和许多种类的细菌可以通过光合作用制造自己的食物。它们利用阳光驱动体内的化学反应来产生糖。人类能做同样的事情吗？我们的身体能被改变成像植物一样靠太阳能为生吗？通常来说，动物不能进行光合作用，但所有规则都有例外。最新的潜在例外是豌豆蚜虫
，它是农民的敌人，是遗传学家的朋友。上个月，法国索菲亚农业生物技术研究所的 Alain Robichon 报告说，蚜虫使用类胡萝卜素来收集太阳能并制造 ATP，ATP 是一种储存化学能的分子。蚜虫是极少数能自行制造这些色素的动物之一，它们使用从真菌那里偷来的基因
。绿色蚜虫（含有大量类胡萝卜素）产生的 ATP 比白色蚜虫（几乎不含）多，而橙色蚜虫（含有中等水平）在阳光下的 ATP 产量比在黑暗中高。另一种昆虫——东方黄蜂，可能也有类似的技巧
，它使用一种叫做叶黄素的色素将光转化为电能。这两种昆虫都可以将其能力作为备用发电机，在供应不足或需求高时提供能量。但这两种情况都存在争议，并且色素实际作用的细节尚不清楚。而且这两种例子都不是真正意义上的光合作用，光合作用还包括将二氧化碳转化为糖和其他化合物。利用太阳能只是完整转化过程的一部分。然而，确实有一些动物在最完整的意义上进行光合作用。它们都通过形成伙伴关系来实现这一点。珊瑚
是经典的例子。它们是由成千上万的软体动物组成的集合，形似海葵，生活在它们自己建造的巨大岩礁中。它们依赖生活在其细胞内特殊隔间的微藻，称为甲藻
。这些居民，或内共生体，可以进行光合作用，并为珊瑚提供营养。一些海葵、蛤蜊、海绵和蠕虫也拥有光合作用的内共生体，而且至少有一个有脊椎的例子也加入了它们：斑点蝾螈
。它绿色的卵中充满了藻类，藻类实际上会侵入胚胎细胞（尽管它们对蝾螈有什么益处尚不清楚）太阳伙伴尽管有这些各种各样的例子，但光合作用共生体仍然是例外而非规则。在一篇经典的论文中
，植物学家 David Smith 和昆虫学家 Elizabeth Bernays 解释了原因：这种伙伴关系比看起来要复杂得多。宿主需要向共生体“支付”营养。它们需要有说服共生体释放其制造的营养，而不是为自己囤积。它们需要控制共生体的生长，以免其种群失控。它们需要将伙伴传递给下一代（珊瑚通过将共生体释放到周围的水中来实现）。但也许这种关系的种子并不像看起来那么难播种。2011 年，Christina Agapakis
，来自洛杉矶加州大学的合成生物学家，让幼年斑马鱼接受了光合细菌，仅仅是在胚胎时期将它们注入鱼体内。正如她
在她的博客上写道：“最令人惊讶的是，*什么都没发生*。” 鱼不能进行光合作用，但它们也没有排斥细菌。Agapakis 的实验表明，有脊椎的动物至少可以容忍光合微生物的存在，或者说，容忍那些为幼年蝾螈提供能量的微生物。通过一点微调，她甚至说服细菌侵入了哺乳动物细胞。除了添加整个共生体之外，还有另一种选择：窃取它们的工厂。在植物和藻类的细胞内，光合作用发生在一个叫做叶绿体的微小结构中。叶绿体是一种自由生活的光合细菌的残余，这种细菌在数十亿年前被一个更大的微生物吞噬了。与许多此类事件不同，这次致命的相遇并没有以被吞噬的细菌被消化告终。相反，这两个细胞形成了一个永久的伙伴关系，至今仍在为植物和藻类的细胞提供能量。那么，为什么不与其共生体合作，而是直接获取它们的叶绿体呢？至少有一个动物群这么做了——* Elysia* 海蛞蝓。
这些美丽的绿色生物以藻类为食，并将它们的叶绿体为自己所用
。偷来的叶绿体排列在蛞蝓的消化道中，为它提供能量，并允许它“像植物一样生活
”，正如* Elysia* 专家Mary Rumpho
所描述的那样。这种联系对蛞蝓至关重要，没有它，蛞蝓就无法成年。取叶蛞蝓如何维持和使用其叶绿体仍不清楚。这些结构不是绿色的 USB 记忆棒。你不能将它们插入新的宿主细胞并期望它们正常工作，因为它们使用的许多蛋白质都是由其宿主细胞的基因组编码的。这些蛋白质（有数百种）在细胞核中制造，并被运输到叶绿体中。*Elysia* 的基因组至少包含一种藻类基因，虽然可能还有更多，但不太可能包含维持功能叶绿体所需的数百种基因。那是以后需要解决的谜团。目前，Chris Howe
来自剑桥大学说：“如果你想建立叶绿体与新的动物宿主之间的关系，你需要所有这些额外的支持机制。你必须将这些基因放入宿主的基因组中。”而且有数百个这样的基因，将人类细胞变成一个兼容叶绿体的家需要大规模的基因工程。又是为了什么呢？即使共生体被接受，即使控制基因成功添加，这对我们有影响吗？可能不会。没有办法让自己暴露在尽可能多的太阳能之下，光合作用就是一种无用的能力。这需要一个相对于其体积而言较大的表面积。植物通过大的、水平的、捕获光线的表面——叶子来实现这一点。*Elysia*，这种海蛞蝓，扁平且绿色，*看起来*像一片活的叶子。它也是半透明的，所以光线可以穿过它的组织到达内部的叶绿体。而人类，几乎是完全不透明的柱状物。即使我们的皮肤布满了工作的叶绿体，它们也只能制造我们生存所需营养的一小部分。“动物需要大量的能量，而任何运动都与光合作用不太协调，”Agapakis 说。“如果你想象一个人必须从太阳那里获得所有能量，他们就必须非常安静。然后，他们需要一个高表面积，有叶子状的突出。到那时，这个人就变成了一棵树。”而且为什么要费力呢？Agapakis 指出，通过驯化野生植物并将其作为食物种植，我们有效地大规模外包了光合作用的过程。农业是一种全球性的共生——是我们版本的豌豆蚜虫所做的事情，只是不用费力地在我们体内维护共生体。我们只是把它们种在田里。“我们能永远？”的更多内容
