לאחר שגילו את המנגנון שבו בעלי חיים, כמו צמחים, מבצעים פוטוסינתזה, חשבו מדענים על האפשרות להעביר אדם לאספקה מלאה של אנרגיה סולארית.
תארו לעצמכם מה היה קורה אם אנשים, כמו צמחים, היו יכולים להאכיל ישירות מאנרגיה סולארית. זה בהחלט יעשה לנו את החיים קלים יותר: את אינספור השעות הקניות, הכנה ואכילת אוכל אפשר היה לבלות במקום אחר. אדמה חקלאית מנוצלת יתר על המידה תחזור למערכות אקולוגיות טבעיות. רמות הרעב, תת תזונה ומחלות המתפשטות בדרכי העיכול יצנחו.
עם זאת, לבני אדם ולצמחים אין אב קדמון משותף במשך מאות מיליוני שנים. הביולוגיה שלנו שונה בתכלית כמעט בכל היבט, ולכן נראה שאין דרך לעצב בני אדם לבצע פוטוסינתזה. או שזה עדיין אפשרי?
בעיה זו נחקרת בקפידה על ידי כמה ביולוגים סינתטיים, שאף ניסו ליצור הכלאיים צמחיים-בעלי חיים משלהם. בעוד שאנו רחוקים מליצור אדם פוטוסינתטי, מחקר חדש חשף מנגנון ביולוגי מסקרן שיכול לעזור לקדם את תחום המדע המתהווה הזה.
Elysia chlorotica - בעל חיים המסוגל לבצע פוטוסינתזה כמו צמחים
לאחרונה דיווחו נציגי המעבדה הביולוגית הימית, הממוקמת בכפר האמריקני וודס הול, כי מדענים פתרו את סודה של Elysia chlorotica, שבלול ים ירוק מבריק שנראה כמו עלה של צמח, אוכל את השמש כמו עלה, אבל היא בעצם חיה. מסתבר ש-Elysia chlorotica שומרת על צבע כה בהיר על ידי אכילת אצות והוצאת הגנים שלהן לפוטוסינתזה. זהו המקרה הידוע היחיד של אורגניזם רב-תאי שמאמץ את ה-DNA של אורגניזם אחר.
בהצהרה, מחבר המחקר סידני ק. פירס, פרופסור אמריטוס באוניברסיטת דרום פלורידה, אמר: לא ייתכן על פני כדור הארץ שגנים של אצות יפעלו בתוך תא של חיה. ובכל זאת זה קורה. הם מאפשרים לבעל החיים לקבל מזון מהשמש.לפי מדענים, אם אנשים רצו לפרוץ לתאים שלהם כדי להפוך אותם ליכולים לבצע פוטוסינתזה, ניתן היה להשתמש במנגנון דומה לכך.
לגבי אנרגיית השמש, אנו יכולים לומר שאנשים נעים בכיוון האבולוציוני הלא נכון כבר מיליארד שנים. כשהצמחים נעשו דקים ושקופים, החיות נעשו עבות ואטומות. צמחים מקבלים את חלקם הקטן אך הקבוע במוהל השמש בזמן שהם שוהים במקום אחד, אך בני אדם אוהבים לזוז וזקוקים למזון עשיר באנרגיה לשם כך.
אם מסתכלים על התאים והקוד הגנטי של בני אדם וצמחים, מתברר שאנחנו לא כל כך שונים אחרי הכל. הדמיון הבולט הזה של החיים ברמות היסודיות ביותר מאפשר לקרות דברים יוצאי דופן, כמו גניבת פוטוסינתזה על ידי בעלי חיים. כיום, הודות לתחום המתפתח של ביולוגיה סינתטית, ייתכן שנוכל לשחזר תופעות כאלה ברגע אבולוציוני אחד, מה שגורם לרעיונות הביופאנק של יצירת כתמי עור פוטוסינתטיים להיראות פחות פנטסטיים.
בדרך כלל, כאשר הגנים של אורגניזם אחד מועברים לתאים של אחר, זה בדרך כלל לא עובד, אומר פירס. אבל אם זה עובד, זה יכול להשתנות הרבה בין לילה. זה כמו אבולוציה מואצת.
שבלולים ים אינם בעלי החיים היחידים המסוגלים לבצע פוטוסינתזה באמצעות מערכת יחסים סימביוטית. דוגמאות קלאסיות נוספות ליצורים כאלה הם אלמוגים, המאחסנים דינופלגלטים פוטוסינתטיים בתאים שלהם, והסלמנדרה המנוקדת, שמשתמשת באצות כדי להניע את עובריה באנרגיה סולארית.
עם זאת, שבלולים ים שונים מבעלי חיים דומים בכך שהם מצאו דרך לחסל מתווכים ולבצע פוטוסינתזה רק עבור עצמם, סופגים כלורופלסטים מאצות ומצפים בהם את דפנות מערכת העיכול שלהם. לאחר מכן, החי והצמח ההיברידיים יכולים לחיות במשך חודשים, לאכול רק אור שמש. אבל עד עכשיו, זה נשאר בגדר תעלומה איך בדיוק השבלולים מתחזקים את המפעלים הסולאריים הגנובים שלהם.
כעת פירס ומחברים אחרים של המחקר מצאו את התשובה לשאלה זו. נראה כי שבלולים לא רק גונבים כלורופלסטים מאצות, אלא גם גונבים קודי DNA חשובים. מאמר שפורסם ב-The Biological Bulletin מציע שגן המקודד לאנזים המשמש לתיקון כלורופלסטים יכול לעזור לשמור על הפעלת מכונות סולאריות זמן רב לאחר אכילת אצות.
בטבע, הפקעה גנטית עשויה להיות נדירה, אבל במעבדה מתנסים בה מדענים כבר שנים. על ידי העברת גנים מאורגניזם אחד לאחר, בני האדם יצרו צורות חיים חדשות רבות, מתירס שמייצר את חומרי ההדברה שלו ועד לצמחים זוהרים בחושך. עם כל זה בחשבון, האם זה באמת מטורף לחשוב שעלינו ללכת בעקבות הטבע ולהעניק לבעלי חיים - או אפילו לבני אדם - את היכולת לבצע פוטוסינתזה?
הביולוגית, המעצבת והסופרת כריסטינה אגפאקיס, שקיבלה את הדוקטורט שלה בביולוגיה סינתטית מהארוורד, השקיעה זמן רב במחשבה כיצד ליצור סימביוזה חדשה שבה תאים של בעלי חיים יוכלו לעשות פוטוסינתזה. לפני מיליארדי שנים, אבות הצמחים שילבו כלורופלסטים, שהיו חיידקים חיים חופשיים, אומר אגאפאקיס.
הבעיה בבניית אורגניזם אוכל שמש, אמר אגאפאקיס, היא שנדרש שטח פנים גדול מאוד כדי לספוג מספיק אור שמש. בעזרת עלים מצליחים הצמחים לספוג כמות אנרגיה עצומה, יחסית לגודלם. לאנשים בשרניים, עם יחס השטח לנפח שלהם, סביר להניח שאין להם את כושר הנשיאה הנדרש.
אם אתה תוהה אם אתה יכול לרכוש את יכולת הפוטוסינתזה, אענה לך, ראשית, תצטרך להפסיק לחלוטין לנוע, ושנית, להיות שקוף לחלוטין, אומר אגפאקיס, לפיו יידרשו אלפי אצות לכל אדם. תא לביצוע פוטוסינתזה.
למעשה, Elysia chlorotica אוכלת השמש עשויה להיות היוצא מן הכלל שמוכיח את הכלל. הקליע החל להיראות ולהתנהג כל כך כמו עלה שבמובנים רבים הוא הפך יותר לצמח מאשר לחיה.
אבל גם אם אדם לא יכול להתקיים רק על השמש, מי אמר שהוא לא יכול להשלים את התזונה שלו עם חטיף שמש קטן מדי פעם? למעשה, רוב בעלי החיים הפוטוסינתטיים, כולל כמה קרובי משפחה של Elysia chlorotica, מסתמכים על יותר מאשר רק על אנרגיית השמש. הם משתמשים במכונות הפוטוסינתזה שלהם כמחולל גיבוי למקרה של מחסור במזון. לפיכך, יכולת הפוטוסינתזה היא ביטוח מפני רעב.
אולי האדם יוכל למצוא שימוש חדש לחלוטין לפוטוסינתזה. למשל, לפי אגאפאקיס , יכולים להיות כתמים ירוקים על עור האדם, מערכת ריפוי פצעים המופעלת מהשמש. משהו שלא דורש את כמות האנרגיה שאדם צריך.
בעתיד הקרוב, אדם לא יוכל לעבור לחלוטין לספק רק אור שמש - לפחות עד שיחליט על שינויים קרדינליים של הגוף - אז לעת עתה נוכל רק להמשיך לקבל השראה מדוגמה של הטבע.