Виявивши механізм, за допомогою якого тварини, подібно до рослин, здійснюють фотосинтез, вчені задумалися про можливість переведення людини на повне забезпечення сонячною енергією.
Уявіть, що було б, якби люди, як рослини, могли харчуватися безпосередньо сонячною енергією. Це точно полегшило б нам життя: незліченні години, витрачені на покупку, приготування та поїдання їжі можна було б витратити на що-небудь інше. Надмірно експлуатовані сільськогосподарські землі повернулися б до природних екосистем. Різко впали б рівні голоду, недоїдання і хвороб, що поширюються через травний тракт.
Однак люди і рослини вже сотні мільйонів років не мають спільного предка. Наша біологія кардинально відрізняється майже в усіх аспектах, тому може здатися, що немає способу спроектувати людину так, щоб вона могла здійснювати фотосинтез. Або ж це все-таки можливо?
Цю проблему ретельно вивчають деякі фахівці з синтетичної біології, які навіть намагалися створити власних рослинно-тварин гібридів. І хоча ми поки далекі від створення здатної до фотосинтезу людини, в результаті нового дослідження був виявлений інтригуючий біологічний механізм, який може посприяти розвитку цієї зароджуваної галузі науки.
Нещодавно представники Морської біологічної лабораторії, розташованої в американському селі Вудс Холл, повідомили, що вчені розгадали секрет Elysia chlorotica - діамантово-зеленого морського слимака, який виглядає, як лист рослини, харчується сонцем, як лист, але фактично є твариною.
Виявляється, Elysia chlorotica підтримує такий яскравий окрас, вживаючи водорості і забираючи собі їхні гени, що забезпечують фотосинтез. Це єдиний відомий екземпляр багатоклітинного організму, що присвоює ДНК іншого організму.
Elysia chlorotica Це тварина, здатна здійснювати фотосинтез подібно до рослин
У своїй заяві співавтор дослідження, почесний професор Південно-Флоридського університету Сідні К. Пірса сказав: "На Землі неможливо таке, щоб гени водоростей діяли всередині клітини тварини. І все-таки це відбувається. Вони дозволяють тварині отримувати харчування від сонця ". За словами вчених, якби люди захотіли зламати власні клітини, щоб зробити їх здатними до фотосинтезу, для цього можна було б використовувати подібний механізм.
Що стосується сонячної енергії, можна сказати, що люди мільярд років рухалися в неправильному еволюційному напрямку. У міру того, як рослини ставали тонкими і прозорими, тварини ставали товстими і світлонепроникними. Рослини отримують свою невелику, але постійну частку сонячного соку, залишаючись при цьому на одному місці, але людям подобається рухатися, і для цього їм необхідна багата енергією їжа.
Якщо подивитися на клітини і генетичний код людини і рослини, виявиться, що ми не такі вже й різні. Ця вражаюча схожість життя на її фундаментальних рівнях дозволяє відбуватися таким незвичайним речам, як крадіжка фотосинтезу тваринам. Сьогодні, завдяки галузі синтетичної біології, що розвивається, у нас може вийти відтворити такі явища за одну еволюційну мить, завдяки чому біопанк-ідеї про створення фотосинтезуючих ділянок шкіри здаються менш фантастичними.
За словами Пірса, "зазвичай, коли гени одного організму переносять у клітини іншого - це не спрацьовує. Але якщо це працює, це може відразу змінити багато. Це як прискорена еволюція ".
Морські слимаки - не єдині тварини, здатні здійснювати фотосинтез через симбіотичні відносини. Іншими класичними прикладами таких істот є корали, в клітинах яких зберігаються фотосинтетичні динофлагеляти, а також саламандра плямиста, що використовує водорості для постачання своїх ембріонів сонячною енергією.
Однак морські слимаки відрізняються від подібних тварин тим, що вони знайшли спосіб виключити посередників і здійснювати фотосинтез тільки для себе, поглинаючи хлоропласти з водоростей і покриваючи ними стінки свого травного тракту. Після цього гібрид тварини і рослини може місяцями жити, харчуючись тільки сонячним світлом. Але досі загадкою залишалося, як саме слимаки підтримують свої крадені сонячні фабрики.
Тепер Пірса та інші співавтори дослідження знайшли відповідь на це питання. Схоже, що слимаки не тільки крадуть у водоростей хлоропласти, але ще й крадуть важливі коди ДНК. У статті, опублікованій в журналі The Biological Bulletin, значиться, що підтримувати роботу сонячних машин ще довгий час після поїдання водоростей слимакам може допомагати ген, який кодує фермент, використовуваний для лагодження хлоропластів.
У природі генетична експропріація може бути рідкісним явищем, але в лабораторіях вчені експериментують з нею протягом вже багатьох років. Переносячи гени з одного організму в інший, люди створили безліч нових форм життя: від кукурудзи, що виробляє власні пестициди, до рослин, що світяться в темряві. З урахуванням всього цього, чи настільки шалено припущення, що нам варто наслідувати приклад природи і наділити тварин - або навіть людей - здатністю до фотосинтезу?
Біолог, дизайнер і письменник Крістіна Агапакіс, яка отримала в Гарварді докторський ступінь в області синтетичної біології, провела багато часу розмірковуючи над тим, як створити новий симбіоз, при якому тваринні клітини були б здатні фотосинтезувати. За словами Агапакіс, мільярди років тому предки рослин увібрали в себе хлоропласти, які були вільноживими бактеріями.
Як розповіла Агапакіс, проблема створення сонця організму полягає в тому, що для поглинання достатньої кількості сонячного світла необхідна поверхня з дуже великою площею. За допомогою листя рослинам вдається поглинати величезну, відносно їх розміру, кількість енергії. Мясисті люди, з їх співвідношенням поверхні і обсягу, швидше за все не володіють необхідною пропускною здатністю.
«Якщо вам цікаво, чи можете ви знайти здатність фотосинтезувати, я відповім, що, по-перше, вам доведеться повністю припинити рухатися, а по-друге стати повністю прозорими» розповідає Агапакіс, за підрахунками якої для здійснення фотосинтезу кожній людській клітині будуть необхідні тисячі водоростей.
Насправді, що живиться сонячним світлом Elysia chlorotica може бути винятком, яке підтверджує правило. Слимак став виглядати і вести себе настільки схоже на лист, що багато в чому став більше рослиною, ніж твариною.
Але навіть якщо людина не може існувати тільки за рахунок сонця, хто сказав, що вона час від часу не може доповнити свій раціон невеликою сонячною закускою? Насправді, більшість здатних до фотосинтезу тварин, в числі яких кілька сородичів Elysia chlorotica, покладаються не тільки на енергію сонця. Свій фотосинтезуючий механізм вони використовують як резервний генератор на випадок нестачі їжі. Таким чином, здатність фотосинтезувати є страховкою від голоду.
Можливо, людина змогла б знайти абсолютно нове застосування фотосинтезу. Наприклад, за словами Агапакіс, "на шкірі людини могли б бути зелені плями - активована сонячним світлом система загоєння ран. Щось, що не вимагає такої кількості енергії, яка необхідна людині ".
У найближчому майбутньому людина не зможе повністю перейти на забезпечення одним тільки сонячним світлом - принаймні до тих пір, поки не зважиться на кардинальні модифікації організму - тому поки нам залишається продовжувати надихатися прикладом природи.