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还记得哈利·波特系列电影中,当主角哈利·波特吃下鱼鳃草,在脖子上长出鱼鳃,从而可以在水下呼吸的桥段么?你是否希望不借助麻烦的潜水设备也能畅游水下世界?是否担心因不会游泳而落水身亡?科学家的一项研究发现或许能让人类在不久的将来能够在水下进行呼吸。
据英国媒体7日报道称,科学家在蝾螈(有尾两栖动物,体形和蜥蜴相似,但体表没有鳞)的细胞内发现了一种能进行光合作用的藻类,它们在水下给蝾螈提供氧气,这一发现或许能实现人类具备“水陆两栖”的能力。
发现
默契共生蝾螈体内附着藻类
据报道,加拿大达尔豪斯大学的生物学家在观察蝾螈胚胎时意外发现,这种小动物的胚胎上寄生着一种能在水下进行光合作用的单细胞藻类。
蝾螈把翡翠般的卵产在水中,胚胎在水下的代谢产生了大量的富氮废弃物。而藻类则吸收了这些富氮废弃物,利用阳光发生光合作用,生产出氧气和碳水化合物,提供胚胎水下呼吸所必需的氧气。经过进一步观察发现,蝾螈体内的细胞都含有这种藻类。细胞外围环绕着一些线粒体,这正是氧气和葡萄糖结合产生能量的地方。
科学家推测说,线粒体集中在藻类细胞的周围,是为了能够最大限度地利用藻类产生的氧气和碳水化合物。原本相互独立的生命体合作得如此默契,以至于现在二者想要生存都无法离开彼此。
意义
颠覆传统海藻脊椎动物共生
实际上,这种共生关系在自然界并不稀奇,不过之前科学家们只在一些像珊瑚这种简单的无脊椎动物身上发现过。因为脊椎动物的细胞有着非常“严格”的免疫系统,如果细胞发现了不认识的外来客,会毫不留情地将它杀死。所以说,在脊椎动物的细胞内存在共生现象几乎是不可能的。
不过这项新发现却颠覆了传统的科学观点。科学家解释说,有可能是蝾螈体内的细胞自主关闭了免疫系统,或者是这种藻类有着避开免疫机制的本领。
在试验中,科学家还发现了雌性蝾螈的生殖系统内也有这种藻类存在,也就是说蝾螈是通过繁殖将藻类传递给下一代的。蝾螈和藻类的共生关系可以通过繁殖无限传递下去。
延伸
植入人体水下呼吸或成真?
科学家提出,如果将这种藻类植入人类的生殖细胞,而且不被人体的免疫系统杀死的话,人体代谢所产生的废弃物将成为藻类生存所需的养料,藻类通过光合作用也能提供给人体氧气。
这就意味着,即使在水下人类无法用肺部进行呼吸,与我们共生的藻类也会不断地给身体提供氧气。这样,呼吸就可以在人类体内自主完成,水下呼吸的难题也不攻自破了。
不过,生物学家指出,人类想要通过这种方法实现水下呼吸,仍有很长的路要走,因为脊椎动物细胞可能会排斥这种藻类。
达尔豪斯大学的莱恩教授介绍说,目前存在的共生关系大部分是建立在动物和微生物之间的,而寄生在体内细胞这种共生关系则比较少见。实现水下呼吸并不是件容易的事,更需要进行大量的试验。
(本报综合报道)