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未来的绿色牧业

2015-12-26骆昌芹

发明与创新 2015年18期
关键词:绿海叶绿体离体

文 骆昌芹

有没有这样一种牲畜,不用人工饲养,只靠喝“白开水”、“西北风”过日子,即使在茫茫荒野,也能茁壮成长。它出产的动物肉有较高的营养价值,远非植物产品所能比。

从理论上来讲,这种可能性确实存在,或许你不相信,然而绿色牧业正向我们展示着未来的前景。

有“绿色动物”吗?

每当春暖花开时,一些池塘往往被染上了鲜绿的色彩,格外艳丽。人们常常赞叹,池塘“开花”了。池塘里开的是什么花?原来是池水中大量繁殖的眼虫。

所谓眼虫,是一种要在显微镜下才能看清的小生物,它的形状有点像眼睛,所以起了这个奇特的名字。

它的营养来源非常有趣。在晴朗的日子里,细胞中的绿色机器——叶绿体,就像其他植物那样,能通过光合作用合成碳水化合物。只要有足够的水分、二氧化碳和矿物质,就能健康地生存。这时它过着地道的自养式生活。

细胞中的绿色机器——叶绿体

如果长期处于黑暗之中,眼虫就会失去绿色,转而过动物那样的生活,需要依赖外界补给的有机物维持生命。也就是说,这时它已成为地道的异养生物了。

这小小的生命,给科学家出了一个大难题——应该如何定义它?是动物还是植物?

说它是动物吧,它却具有典型的植物结构——叶绿体。说它是植物吧,它活泼、爱运动等特点又完全像一只原虫。总之,对于它来说,动植物间的界限好像已经消失,使得学者无所适从。所以有人干脆把它称之为“绿色动物”,也许这才是比较确切的称呼吧!

在海洋中,有一种叫绿海天牛的软体动物,它靠取食海藻类的原生质为生。在它的消化细胞中有许多叶绿体存在。只要有阳光照射,这些叶绿体就能正常进行光合作用。所以绿海天牛在光照之下,即使长时间挨饿也毫不在乎。

正在采食藻类的翠绿海天牛

有人曾经做过这样一个实验,如果将它放在黑暗之中挨饿,只能存活14至39天。但如果将其置于阳光下,经历93天后,在21只个体中只死了5只。据分析,这5只的死因主要还在于年龄过大。可见,这种多细胞动物身上共生的叶绿体,的确是在“忠心耿耿”地为寄主效劳,长期维持绿海天牛营养的需要。

微妙的来历

提起叶绿体,人们常常本能地把它和植物细胞联系起来,好像历来它就是植物细胞中不可分割的胞器。事实果真如此吗?

几十年来,有几项突破性的研究证明,它的起源比想象的要神秘得多。在很早以前,叶绿体竟是一种自立自主的蓝藻,由于偶然机会,进入原始细胞共生生活,经历长期适应和演变之后,才形成今天这副模样。

人们发现,叶绿体有一套独立的遗传系统,它和蓝藻中的DNA系统很相似,而和植物细胞核中的那一套则相去甚远。

大概正由于这种不平凡的来历,所以至今它还保留着一定程度的独立性。像绿海天牛在挨饿93天之后,消化细胞中的叶绿体还依然存活,并能继续执行职能。在考察各方面的资料后,一位学者颇为自信地认为,叶绿体在这种动物细胞质中完全有可能无限期地存活下去。

自然界中,绿海天牛的某些近亲,像丑绿海天牛等都具有类似的能力。不但如此,有学者查明,甚至高等动物都存在这种可能性。例如,有人从菠菜和非洲堇的叶片中分离出叶绿体,加到小鼠L细胞的培养液中。30分钟后,它们进入小鼠细胞质内,两天之后,发现这些侨居小鼠细胞中的叶绿体仍能进行光合作用。可见,此时它们还保持着正常的活力。

特别值得一提的是,有人把一种蕨藻的离体叶绿体培养到鸡蛋蛋白中(这里有丰富的营养成分),每天给予15小时的光照,10天后,这些叶绿体在形状结构上还完全正常。27天后,仍然保持着光合能力。

最有意思的是,在离体培养之下,这个绿色细胞的胞器,居然还能进行DNA复制和分裂繁殖!怪不得一些学者相信:只要选择恰当的培养基,人类终将实现叶绿体的长期体外培养!

蕨藻中含有离体叶绿体

梦幻般的前景

科学家曾经设想,既然叶绿体在绿海天牛细胞中能正常存活、工作,是不是也可以让它感染别的动物?

如果可能,那岂不是就像给动物建立起一座座绿色工厂那样,使寄主可以依靠廉价的太阳能制造出有机物质。于是它们将在营养需求上完全做到自给自立,再也用不着外来的有机饲料,这难道不是人类梦寐以求的理想吗?

当然,目前的科学水平离这种理想还“相距甚远”。不过至少从理论上来看,这种可能性确实存在。也许有朝一日,我们终将育成这种“崭新的生物类型”,那会是一件多大的喜事啊!

这种牲畜可以完全靠喝“白开水”、“西北风”过日子,即使茫茫荒野,也可以茁壮成长,所以饲养它们最经济又最实惠。与植物相比,由于它具有主动寻找补给(水分)的能力,适应范围肯定要广阔得多。它出产的动物肉又有较高的营养价值,远非植物产品所能比拟,因此也将远远强于种植事业。

总之,这样的一天,将会彻底改变传统的畜牧业面貌:

未来的牧场只要水源充足,即使最贫瘠的沙漠,也有望出产肥美的绿色牛羊,更多的地球角落将得到有效利用。

未来的猪圈将会像种植蔬菜的暖房一样,宽敞明亮,阳光充足。

未来的绿色鱼虾在江、河、湖、海里到处游弋,因为不受食饵限制,使得水产业成倍增长。

这一切,今天看起来简直就像梦幻,可科学不正是在不断地把梦幻变成现实吗?

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