来自《自然》杂志
蚜虫的生物学特性十分奇特:它们一出生就可能怀孕,雄性有时甚至没有嘴,导致它们在交配后不久便死亡。 本周发布的一项研究表明,除了上述这些不同寻常的特性之外,蚜虫可能还能够捕获阳光,并将太阳能用于新陈代谢。
蚜虫在动物中是独一无二的,它们能够合成称为类胡萝卜素的色素。许多生物体依赖这些色素来实现各种功能,例如维持健康的免疫系统和制造某些维生素,但所有其他动物都必须通过饮食来获取这些色素。法国索菲亚·安提波利斯索菲亚生物技术研究所的昆虫学家阿兰·罗比雄及其同事认为,在蚜虫中,这些色素可以吸收太阳的能量,并将其传递给参与能量产生的细胞机制1。
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虽然这种能力在动物中前所未有,但在其他生物界中却很常见。植物和藻类,以及某些真菌和细菌,也能够合成类胡萝卜素,并且在所有这些生物体中,这些色素都构成光合作用机制的一部分。
自制能量收集器
罗比雄和他的团队从 2010 年的一项发现2中获得启发,该发现表明在蚜虫体内发现的高含量类胡萝卜素是自身产生的。因此,他们着手研究昆虫为何要制造如此代谢成本高昂的化学物质。
类胡萝卜素是蚜虫色素的来源,蚜虫的颜色决定了哪些捕食者能够看到它们。罗比雄实验室蚜虫的体色受环境条件的影响,寒冷的环境偏爱绿色蚜虫,最佳条件产生橙色蚜虫,而当种群数量庞大且面临资源有限时,则会出现白色蚜虫。
当研究人员测量蚜虫体内 ATP(所有生物体能量转移的“货币”)的水平时,结果令人震惊。含有高含量类胡萝卜素的绿色蚜虫产生的 ATP 明显多于几乎不含这些色素的白色蚜虫。此外,当橙色蚜虫(含有中等含量的类胡萝卜素)被放置在光照下时,ATP 产量增加,而当它们被移至黑暗中时,ATP 产量则下降。
研究人员继续碾碎橙色蚜虫并提纯其类胡萝卜素,证明正是这些提取物可以吸收光线并传递能量。
该文章的作者之一,索菲亚研究所的另一位昆虫学家玛丽亚·卡波维拉坚称,在科学家能够确定蚜虫确实进行光合作用之前,还需要进行更多的工作,但这些发现无疑提出了这种可能性。
胡萝卜素分子在动物体内的排列方式为这一假设增加了分量。这些色素在昆虫角质层下 0-40 微米深的范围内形成一层,使其处于捕获阳光的理想位置。
耶鲁大学西黑文分校的昆虫遗传学家南希·莫兰负责最初发现蚜虫具有类胡萝卜素生产基因,她指出,仍有许多问题尚未解答。“能量产生似乎是蚜虫最不担心的问题——它们的饮食中富含过量的糖分,其中大部分它们都无法利用,”她说。
这就引出了一个问题,即蚜虫为何需要进行光合作用。但卡波维拉推测,类似电池的备用系统可能在环境压力时期为它们提供帮助,例如当它们迁移到新的寄主植物时。