بعد اكتشاف الآلية التي تقوم بها الحيوانات ، مثل النباتات ، بعملية التمثيل الضوئي ، فكر العلماء في إمكانية نقل الشخص إلى التزويد الكامل بالطاقة الشمسية.
تخيل ماذا سيحدث إذا كان الناس ، مثل النباتات ، يتغذون مباشرة من الطاقة الشمسية. من المؤكد أنها ستجعل الحياة أسهل بالنسبة لنا: فالساعات التي لا تُحصى التي نقضيها في التسوق وإعداد الطعام وتناوله يمكن أن تُنفق في مكان آخر. ستعود الأراضي الزراعية المفرطة الاستغلال إلى النظم البيئية الطبيعية. ستنخفض مستويات الجوع وسوء التغذية والأمراض المنتشرة عبر الجهاز الهضمي.
ومع ذلك ، لم يكن لدى البشر والنباتات سلف مشترك لمئات الملايين من السنين. تختلف بيولوجيتنا اختلافًا جذريًا في كل جانب تقريبًا ، لذلك يبدو أنه لا توجد طريقة لتصميم البشر لإجراء عملية التمثيل الضوئي. أم أنه لا يزال ممكنا؟
تتم دراسة هذه المشكلة بعناية من قبل بعض علماء الأحياء الاصطناعية ، الذين حاولوا حتى إنشاء هجينة نباتية وحيوانية خاصة بهم. في حين أننا بعيدون عن إنشاء إنسان ضوئي ، فقد كشف بحث جديد عن آلية بيولوجية مثيرة للاهتمام يمكن أن تساعد في تقدم هذا المجال العلمي الناشئ.
إليسيا كلوروتيكا - حيوان قادر على التمثيل الضوئي مثل النباتات
في الآونة الأخيرة ، أفاد ممثلو المختبر البيولوجي البحري ، الواقع في قرية وودز هول الأمريكية ، أن العلماء قد توصلوا إلى سر Elysia chlorotica ، وهي سبيكة بحرية خضراء لامعة تشبه ورقة نبات ، تأكل الشمس مثل ورقة الشجر ، بل هو في الواقع حيوان. اتضح أن Elysia chlorotica تحافظ على مثل هذا اللون الساطع من خلال تناول الطحالب والتخلص من جينات البناء الضوئي. إنه المثال الوحيد المعروف لكائن متعدد الخلايا يتبنى الحمض النووي لكائن حي آخر.
وفي بيان ، قال المؤلف المشارك في الدراسة سيدني ك.بيرس ، الأستاذ الفخري بجامعة جنوب فلوريدا: إنه من غير الممكن على الأرض أن تعمل جينات الطحالب داخل خلية حيوانية. ومع ذلك يحدث ذلك. إنها تسمح للحيوان بالحصول على الطعام من الشمس ، ووفقًا للعلماء ، إذا أراد الناس اختراق خلاياهم لجعلها قادرة على التمثيل الضوئي ، فيمكن استخدام آلية مماثلة لهذا الغرض.
فيما يتعلق بالطاقة الشمسية ، يمكننا القول أن الناس كانوا يتحركون في الاتجاه التطوري الخاطئ لمليار سنة. عندما أصبحت النباتات رقيقة وشفافة ، أصبحت الحيوانات سميكة وغير شفافة. تحصل النباتات على حصتها الصغيرة ولكن الثابتة من عصارة الشمس أثناء بقائها في مكان واحد ، لكن البشر يحبون الحركة ويحتاجون إلى طعام غني بالطاقة للقيام بذلك.
إذا نظرت إلى الخلايا والشفرة الجينية للإنسان والنبات ، يتبين أننا لسنا مختلفين تمامًا في النهاية. هذا التشابه اللافت للنظر في الحياة في مستوياتها الأساسية يسمح بحدوث أشياء غير عادية ، مثل سرقة التمثيل الضوئي من قبل الحيوانات. اليوم ، بفضل مجال البيولوجيا التركيبية الناشئ ، قد نكون قادرين على تكرار مثل هذه الظواهر في لحظة تطورية واحدة ، مما يجعل الأفكار الحيوية لإنشاء بقع جلدية ضوئية تبدو أقل خيالية.
يقول بيرس عادة ، عندما يتم نقل جينات أحد الكائنات الحية إلى خلايا كائن آخر ، فإنها عادة لا تعمل. ولكن إذا نجح ، فقد يتغير كثيرًا بين عشية وضحاها. إنه مثل التطور المتسارع.
الرخويات البحرية ليست الحيوانات الوحيدة القادرة على إجراء عملية التمثيل الضوئي من خلال علاقة تكافلية. ومن الأمثلة الكلاسيكية الأخرى لهذه المخلوقات الشعاب المرجانية ، التي تخزن السوطيات الضوئية في خلاياها ، والسمندل المرقط ، الذي يستخدم الطحالب لتزويد أجنته بالطاقة الشمسية.
ومع ذلك ، تختلف الرخويات البحرية عن الحيوانات المماثلة من حيث أنها وجدت طريقة للقضاء على الوسطاء وإجراء عملية التمثيل الضوئي لأنفسهم فقط ، وامتصاص البلاستيدات الخضراء من الطحالب وتغطية جدران الجهاز الهضمي بها. بعد ذلك ، يمكن للحيوان والنبات الهجين أن يعيشوا لأشهر ، ويأكلون ضوء الشمس فقط. ولكن حتى الآن ، ظل لغزًا كيف تحافظ الرخويات على مصانعها الشمسية المسروقة.
الآن ، وجد بيرس وغيره من المؤلفين المشاركين في الدراسة الإجابة على هذا السؤال. يبدو أن الرخويات لا تسرق البلاستيدات الخضراء من الطحالب فحسب ، بل تسرق أيضًا رموز الحمض النووي المهمة. تشير مقالة نُشرت في The Biological Bulletin إلى أن الجين الذي يرمز إلى إنزيم يستخدم لإصلاح البلاستيدات الخضراء يمكن أن يساعد في الحفاظ على تشغيل الآلات الشمسية لفترة طويلة بعد تناول الطحالب.
في الطبيعة ، قد تكون المصادرة الجينية نادرة ، ولكن في المختبر كان العلماء يجربونها منذ سنوات. من خلال نقل الجينات من كائن حي إلى آخر ، أنشأ البشر العديد من أشكال الحياة الجديدة ، من الذرة التي تنتج مبيدات الآفات الخاصة بها إلى النباتات المتوهجة في الظلام. مع وضع كل هذا في الاعتبار ، هل من الجنون حقًا التفكير في أننا يجب أن نتبع مثال الطبيعة ونمنح الحيوانات - أو حتى البشر - القدرة على التمثيل الضوئي؟
أمضت عالمة الأحياء والمصممة والكاتبة كريستينا أجاباكيس ، التي حصلت على درجة الدكتوراه في البيولوجيا التركيبية من جامعة هارفارد ، الكثير من الوقت في التفكير في كيفية إنشاء تعايش جديد تكون فيه الخلايا الحيوانية قادرة على التمثيل الضوئي. منذ مليارات السنين ، كان أسلاف النباتات يضمون البلاستيدات الخضراء ، وهي بكتيريا تعيش بحرية ، كما يقول أجاباكيس.
كما قال Agapakis ، فإن مشكلة تكوين كائن حي يأكل الشمس هي أن هناك حاجة إلى مساحة كبيرة جدًا لامتصاص ما يكفي من ضوء الشمس. بمساعدة الأوراق ، تتمكن النباتات من امتصاص كمية هائلة من الطاقة ، بالنسبة لحجمها. الأشخاص اللحميون ، مع نسبة السطح إلى الحجم ، على الأرجح لا يمتلكون القدرة الاستيعابية اللازمة.
إذا كنت تتساءل عما إذا كان بإمكانك اكتساب القدرة على التمثيل الضوئي ، فسأجيب على ذلك ، أولاً ، سيتعين عليك التوقف تمامًا عن الحركة ، وثانيًا ، أن تصبح شفافًا تمامًا ، كما يقول Agapakis ، حيث ستكون هناك حاجة إلى آلاف الطحالب لكل إنسان خلية لإجراء عملية التمثيل الضوئي.
في الواقع ، قد تكون Elysia chlorotica التي تأكل الشمس هي الاستثناء الذي يثبت القاعدة. بدأت البزاقة تبدو وتتصرف مثل ورقة الشجر التي أصبحت من نواح كثيرة نباتًا أكثر من كونها حيوانًا.
ولكن حتى لو كان الشخص لا يمكن أن يعيش فقط في الشمس ، فمن قال إنه لا يستطيع أن يكمل نظامه الغذائي بوجبة خفيفة من الطاقة الشمسية من وقت لآخر؟ في الواقع ، تعتمد معظم حيوانات التمثيل الضوئي ، بما في ذلك العديد من أقارب Elysia chlorotica ، على أكثر من مجرد طاقة الشمس. يستخدمون آلات التمثيل الضوئي الخاصة بهم كمولد احتياطي في حالة نقص الغذاء. وبالتالي ، فإن القدرة على التمثيل الضوئي هي تأمين ضد الجوع.
ربما يمكن للإنسان أن يجد استخدامًا جديدًا تمامًا لعملية التمثيل الضوئي. على سبيل المثال ، وفقًا لأجاباكيس , يمكن أن تكون هناك بقع خضراء على جلد الإنسان ، وهو نظام التئام الجروح الذي تنشطه الشمس. شيء لا يتطلب كمية الطاقة التي يحتاجها الشخص.
في المستقبل القريب ، لن يكون الشخص قادرًا على التحول تمامًا إلى توفير ضوء الشمس فقط - على الأقل حتى يقرر التعديلات الأساسية للجسم - لذلك في الوقت الحالي لا يمكننا الاستمرار إلا في الإلهام من مثال الطبيعة.