Po odkryciu mechanizmu, za pomocą którego zwierzęta, podobnie jak rośliny, przeprowadzają fotosyntezę, naukowcy pomyśleli o możliwości przeniesienia człowieka na pełne zaopatrzenie w energię słoneczną.
Wyobraź sobie, co by się stało, gdyby ludzie, podobnie jak rośliny, mogli żywić się bezpośrednio energią słoneczną. Zdecydowanie ułatwiłoby nam to życie: niezliczone godziny spędzone na zakupach, przygotowaniu i jedzeniu można by było spędzić gdzie indziej. Nadmiernie eksploatowane grunty rolne powróciłyby do naturalnych ekosystemów. Poziom głodu, niedożywienia i chorób rozprzestrzeniających się w przewodzie pokarmowym spadłby gwałtownie.
Jednak ludzie i rośliny nie mają wspólnego przodka od setek milionów lat. Nasza biologia jest drastycznie różna pod niemal każdym względem, więc wydawałoby się, że nie ma sposobu, aby zaprojektować ludzi do przeprowadzania fotosyntezy. A może nadal jest to możliwe?
Problem ten jest dokładnie badany przez niektórych biologów syntetycznych, którzy próbowali nawet stworzyć własne hybrydy roślinno-zwierzęce. Chociaż daleko nam do stworzenia fotosyntetyzującego człowieka, nowe badania ujawniły intrygujący mechanizm biologiczny, który może pomóc w rozwoju tej rodzącej się dziedziny nauki.
Elysia chlorotica - zwierzę zdolne do fotosyntezy jak rośliny
Niedawno przedstawiciele Morskiego Laboratorium Biologicznego, mieszczącego się w amerykańskiej wiosce Woods Hall, poinformowali, że naukowcy rozwiązali tajemnicę Elysia chlorotica, genialnego zielonego ślimaka morskiego, który wygląda jak liść rośliny, zjada słońce jak liść, ale tak naprawdę jest zwierzęciem. Okazuje się, że Elysia chlorotica utrzymuje tak jasny kolor, jedząc glony i odbierając im geny fotosyntezy. Jest to jedyny znany przypadek organizmu wielokomórkowego, który przyjął DNA innego organizmu.
W oświadczeniu współautor badania Sidney K. Pierce, emerytowany profesor z University of South Florida, powiedział: Na Ziemi nie jest możliwe, aby geny alg działały wewnątrz komórki zwierzęcej. A jednak to się dzieje. Pozwalają zwierzęciu pozyskiwać pokarm ze słońca Według naukowców, gdyby ludzie chcieli zhakować własne komórki, aby uczynić je zdolnymi do fotosyntezy, można by do tego zastosować podobny mechanizm.
W odniesieniu do energii słonecznej możemy powiedzieć, że ludzie od miliarda lat podążają w złym kierunku ewolucyjnym. Gdy rośliny stały się cienkie i przezroczyste, zwierzęta stały się grube i nieprzejrzyste. Rośliny otrzymują niewielką, ale stałą część soku słonecznego, przebywając w jednym miejscu, ale ludzie lubią się poruszać i potrzebują do tego pożywienia bogatego w energię.
Jeśli przyjrzeć się komórkom i kodowi genetycznemu ludzi i roślin, okazuje się, że wcale tak bardzo się nie różnimy. To uderzające podobieństwo życia na jego najbardziej podstawowych poziomach pozwala na niezwykłe rzeczy, takie jak kradzież fotosyntezy przez zwierzęta. Dzisiaj, dzięki rozwijającej się dziedzinie biologii syntetycznej, możemy być w stanie odtworzyć takie zjawiska w jednej ewolucyjnej chwili, dzięki czemu biopunkowe pomysły tworzenia fotosyntetycznych łat na skórze wydają się mniej fantastyczne.
Zwykle, gdy geny jednego organizmu są przenoszone do komórek innego, zwykle nie działa, mówi Pierce. Ale jeśli to działa, może wiele zmienić z dnia na dzień. To jak przyspieszona ewolucja.
Ślimaki morskie nie są jedynymi zwierzętami zdolnymi do przeprowadzania fotosyntezy w symbiozie. Innymi klasycznymi przykładami takich stworzeń są koralowce, które przechowują w swoich komórkach fotosyntetyczne bruzdnice, oraz salamandra plamista, która wykorzystuje glony do zasilania swoich zarodków energią słoneczną.
Jednak ślimaki morskie różnią się od podobnych zwierząt tym, że znalazły sposób na eliminację pośredników i przeprowadzają fotosyntezę tylko dla siebie, wchłaniając chloroplasty z alg i pokrywając nimi ściany przewodu pokarmowego. Następnie hybryda zwierzęca i roślina może żyć przez miesiące, jedząc tylko światło słoneczne. Jednak do tej pory pozostawało tajemnicą, w jaki sposób ślimaki utrzymują skradzione fabryki energii słonecznej.
Teraz Pierce i inni współautorzy badania znaleźli odpowiedź na to pytanie. Wygląda na to, że ślimaki nie tylko kradną chloroplasty z alg, ale także wykradają ważne kody DNA. Artykuł opublikowany w The Biological Bulletin sugeruje, że gen kodujący enzym używany do naprawy chloroplastów może pomóc w utrzymaniu działania maszyn słonecznych długo po zjedzeniu alg.
W naturze wywłaszczenie genetyczne może być rzadkie, ale w laboratorium naukowcy eksperymentują z nim od lat. Przenosząc geny z jednego organizmu do drugiego, ludzie stworzyli wiele nowych form życia, od kukurydzy, która produkuje własne pestycydy, po rośliny świecące w ciemności. Mając to wszystko na uwadze, czy myślenie, że powinniśmy podążać za przykładem natury i wyposażać zwierzęta - a nawet ludzi - w zdolność do fotosyntezy, jest naprawdę szalone?
Biolog, projektantka i pisarka Christina Agapakis, która uzyskała doktorat z biologii syntetycznej na Harvardzie, spędziła dużo czasu zastanawiając się, jak stworzyć nową symbiozę, w której komórki zwierzęce będą zdolne do fotosyntezy. Miliardy lat temu przodkowie roślin zawierali chloroplasty, które były wolno żyjącymi bakteriami, mówi Agapakis.
Jak powiedział Agapakis, problem ze stworzeniem organizmów żywiących się słońcem polega na tym, że do wchłonięcia wystarczającej ilości światła słonecznego potrzebna jest bardzo duża powierzchnia. Za pomocą liści rośliny potrafią wchłonąć ogromną ilość energii w stosunku do swoich rozmiarów. Mięsiści ludzie, ze swoim stosunkiem powierzchni do objętości, najprawdopodobniej nie mają niezbędnej nośności.
Jeśli zastanawiasz się, czy można nabyć umiejętność fotosyntezy, to odpowiem, że po pierwsze trzeba będzie całkowicie przestać się ruszać, a po drugie stać się całkowicie przezroczystym – mówi Agapakis, według którego na jednego człowieka potrzebne będą tysiące glonów komórka do przeprowadzenia fotosyntezy.
W rzeczywistości zjadająca słońce Elysia chlorotica może być wyjątkiem potwierdzającym regułę. Ślimak zaczął wyglądać i zachowywać się tak bardzo jak liść, że pod wieloma względami stał się bardziej rośliną niż zwierzęciem.
Ale nawet jeśli człowiek nie może egzystować tylko na słońcu, kto powiedział, że nie może od czasu do czasu uzupełnić swojej diety o małą słoneczną przekąskę? W rzeczywistości większość zwierząt fotosyntetyzujących, w tym kilku krewnych Elysia chlorotica, polega na czymś więcej niż tylko energii słonecznej. Wykorzystują swoją maszynerię fotosyntetyczną jako generator zapasowy na wypadek niedoboru żywności. Zatem zdolność do fotosyntezy jest ubezpieczeniem od głodu.
Być może człowiek mógłby znaleźć zupełnie nowe zastosowanie dla fotosyntezy. Na przykład według Agapakisa , na ludzkiej skórze mogą znajdować się zielone plamy, aktywowany przez słońce system gojenia się ran. Coś, co nie wymaga takiej ilości energii, jakiej potrzebuje człowiek.
W najbliższym czasie człowiek nie będzie mógł całkowicie przestawić się na dostarczanie tylko światła słonecznego – przynajmniej do czasu, gdy zdecyduje się na kardynalne modyfikacje organizmu – więc na razie możemy się tylko dalej inspirować przykładem natury.