网上有帖子说非洲有绿色人种,只有晒太阳才能获得能量。
这是真的假的?当然假的。
那人可以在 DNA 中植入叶绿素,通过光合作用获取能量,而不需进食得以生存吗?
让人类进行光合作用,理论上可行,技术上也并非十分遥远。
其实,世界上能光合作用的动物还不少。
其中人气最大的,无异于是绿叶海蜗牛。
绿叶海蜗牛获得叶绿体的方式,倒是和题主提到的方式有一定的沾边。
- 虽然题主的描述有误,实际表达的意思是从基因的层面,让人类获得光合作用的能力。
绿叶海蜗牛并非天生具有叶绿体,而是吃掉绿藻之后,把叶绿体储存在自己体内,直接为己所用,然后进行光合作用。
有研究者认为,绿叶海蜗牛,只需要进食一次绿藻,便能终生不再进食。
实际在绿叶海蜗牛在成长过程中,会长期进食,直到身体由褐色转变成绿色,然后像树叶一样完全展开。但如果长期接受不到阳光的照射,背部便会“枯萎”,需要再次进食。
它为什么能拥有如此“不可思议”的能力呢?
这个秘密就藏在绿叶海蜗牛的染色体内。
绿叶海蜗牛的基因中,拥有绿藻基因(一直存在,并非吞食绿藻时临时获得),能够保持和修复整合在身体内的绿藻叶绿体,并发挥长达9个月(叶海蜗牛生命周期)的光合作用,甚至比绿藻中的叶绿体寿命更长。
它是目前科学家发现的,唯一一种多细胞动物间的功能性基因转移。虽然通过吞食叶绿体获得光合作用能力的动物很多,但在基因层面发生改变的,独此一家。
阿克尔扁形虫、朝天水母、绿水螅、帆水母、巨蛤、巨型桶状海绵等等动物,则通过体内共生的藻类进行光合作用,这在动物界颇为常见。
巨蛤
然而并不是无脊椎动物才能进行光合作用,也有脊椎动物也能进行光合作用。
以斑点蝾螈为代表的两栖动物,卵上的果冻状外层能与藻类共生(胚胎内的单细胞藻类)。胚胎代谢产生二氧化碳,藻类提供氧气,互利共生。
看起来,获得光合作用的难度,并不是想象中的那么高。
内共生起源学说认为,无论动物体内的线粒体,还是植物体内的叶绿体,之所以有别于其它细胞器呈现半自主性状态,是因为它们分别由原始真核细胞,吞噬细菌和蓝藻而形成的。
该学说认为,真核生物细胞的祖先是一种具有吞噬能力的无氧大细胞,通过糖酵解代谢获取能量。但糖酵解获取能量的效率并不高,产生的中间产物丙酮酸,依旧还含有足够高的能量。该细胞吞噬革兰氏细菌之后,革兰氏细菌令丙酮酸进一步分解,由此产生更多的能量。
能量多了,自然更有利于生物生存,于是真核细胞和革兰氏细菌演化出了共生关系。
叶绿体的产生,也具有类似的过程。真核细胞吞噬蓝藻之后,蓝藻为宿主提供光合作用,宿主则为蓝藻提供其他的生存需求。
不过,随着长达数亿年的演化,真核细胞体内的革兰氏细菌和蓝藻,渐渐失去了自主性,成为了细胞器之一(当农民失去土地,自然而然地就成了农奴)。
现代分子生物学,已经证明了线粒体、叶绿体基因与真核生物基因组的差异性,以及与细菌的同源性。可以说,内共生起源学说,是迄今为止,解释线粒体和叶绿体起源,最为接近真理的一种学说。
那么,人类可以通过类似的方式,获得光合作用的能力吗?
21世纪是生物的世纪,这是一句老话了。
实际从技术突破来说,这一句话并不为过。
人类基因组计划在1985年提出,1990年实行,中美英法德日六国参与,耗资达到30亿美元,于2005年破解了人类的所有基因,绘制出了人类的基因图谱。在今天,随随便便一个普通人的基因检测,只需要花费数千元RMB。
而在2010年,美国生物学家及企业家,克雷格·文特尔的研究团队,合成了拥有381个基因片断,58万对基因密码的人造染色体。并把染色体移植进入支原体中,创造出了新支原体。
由此人造生命技术,进入了一个崭新的纪元。
克雷格·文特尔
2018年,中国科学家团队,则把酵母的16条染色体融合成1条,诞生了新的酵母,制造出了第一个人造单染色体真核细胞。
虽然从目前的生物工程技术来说,依旧只能很粗暴地复制粘贴基因组,但随着技术的一步步突破,未来终究会掌握微观上调整和改变基因的能力。
在那样的技术下,人类也能很快掌握,直接植入叶绿体的能力。
例如,可以直接破译绿叶海蜗牛保持和修复叶绿体的基因编码,然后把这些基因编码整合到人类基因组内,然后再植入蓝藻叶绿体。
于是,人类自然便获得光合作用的能力。
实际比起完全的基因编辑能力,这样的技术,个人觉得应该100年内就能做到。
- 前的生物技术,实际就只能相当于弄懂了一些原始代码,但对于总程序代码,依旧是抓瞎,只能直接复制粘贴。哪怕剪切组合有一定的经验可循,但大多数也是碰运气。对于犹如直接编辑计算机代码一样的生物基因技术,还无比的遥远。在技术不够的时候,人类胡乱剪出什么超级病毒,还是相当恐怖的。所以,这方面技术的发展,不仅仅是人伦方面的忧虑。
但实际,即便真的掌握了让人类植入叶绿体的技术,却显得十分的鸡肋。
其它答主已经分析了,就人类这种表面积比率很低的生物,体表进行光合作用的效率是极低的,远远不能满足日常的生活所需(数量级差距)。
- 植物为了仅仅只需要光合作用,满足日常所需,不仅把叶子演化成薄片状,大多数轮生、对生,以最合理的方式分布,获取最多的光源。哪怕是绿叶海蜗牛,也演化出了类似于大叶片的身体。(实际它们依旧需要补充水和矿物质,哪怕你完全当植物,也不可能做到完全不进食)
从这里也可以看出,要完全依靠叶绿体生活,究竟需要什么样的体型。要么整个人的体型就像绿叶海蜗牛那样叶片状,或者四肢20根指头,全部变成树枝树叶。
或许,这才是人类演化的终极形态:
实际真的拥有这样的技术之后,完全可以进行一场绿色能源革命,何须改变人类自己的身体内?
当然不排除1000年之后,会有人类会选择通过完全的基因编辑技术+人造器官技术+完美的移植手术,把自己的身体改造成植物的样子,并获得完全光合作用的能力——
外接人工智能滴灌设备,终生不吃不喝,通过虚拟脑机,生活在虚拟美好的世界之中,成为地球人类最后的后浪:
地球废宅!