Действительно ли фотосинтез — прерогатива исключительно растительного мира?

Спойлер: ответ отрицательный. Однако возникает вопрос: какие существа смогли «приручить» солнце? И каким образом они переносят зимний период?

Для того чтобы выяснить, каким образом животным удалось воспроизвести этот процесс, необходимо проанализировать фундаментальные аспекты.

Что такое фотосинтез

Фотосинтез представляет собой механизм производства питания непосредственно из воздуха и света. Внутри растительных клеток находятся специализированные структуры, напоминающие «солнечные панели», – хлоропласты. Они содержат зеленый пигмент хлорофилл, который поглощает солнечный свет. Полученная энергия используется для соединения углекислого газа из атмосферы с водой из почвы, в результате чего образуется сахар, служащий источником питания растения, и кислород выделяется как вторичный продукт процесса.

Однако эффективность этого процесса напрямую зависит от наличия света и тепла. Именно поэтому деревья в регионах с умеренным климатом сбрасывают листву осенью, когда количество солнечного света уменьшается. В листьях, выполняющих функцию «фабрик», производство прекращается, и для сохранения ресурсов растение избавляется от них, переходя в состояние покоя.

Какие животные способны к фотосинтезу

Некоторые животные тоже научились использовать энергию солнечного света. Но каким образом это происходит? И что они предпринимают, когда наступает зима и сокращается продолжительность светового дня?

Морской слизень Elysia chlorotica

Морской слизень под названием Elysia chlorotica, обитающий в прибрежных водах Северной Америки, потребляет водоросли, однако не завершает их переваривание до конца. Он бережно извлекает хлоропласты – эти «энергостанции» – и интегрирует их в клетки своего кишечника. Полученные таким образом механизмы продолжают активно работать на новом носителе, обеспечивая его необходимыми сахарами.

Описанное явление получило специфический термин – клептопластия, что буквально переводится как «кража пластид». Примечательно, что этот процесс не является мимолетным: хлоропласты продолжают функционировать внутри тела слизня в течение десяти месяцев, значительно превышая продолжительность их жизнедеятельности в исходной водоросли. Исследователи полагают, что для поддержания работы этой необычной структуры слизень использует гены, которые также были получены им от водорослей.

С наступлением короткого светового дня и понижением температуры воды, захваченные хлоропласты постепенно утрачивают свою функциональность. Слизень не обладает способностью к синтезу нового хлорофилла для их восстановления.

В связи с этим его поведение носит сезонный характер. В периоды тепла и достаточного освещения он интенсивно запасает питательные вещества, используя фотосинтетическую диету. Однако, когда эффективность фотосинтеза снижается, он переходит к обычному типу питания, вновь приступая к активному поеданию водорослей.

Кораллы

В качестве альтернативы, если «воровство» представляется слишком рискованным предприятием, можно установить равноправные отношения. Многие морские организмы выбирают именно такой путь, вступая в симбиотические связи – взаимовыгодное сосуществование с микроскопическими водорослями.

Наиболее распространенный пример демонстрируют строители тропических рифов, кораллы. В каждом из них обитают миллионы одноклеточных водорослей, известных как зооксантеллы. В течение светового дня они активно осуществляют фотосинтез, передавая хозяину до 90% создаваемых ими питательных веществ. В обмен на это они получают надежную защиту и оптимальное положение под солнечными лучами в чистой воде. С наступлением ночи процесс фотосинтеза прекращается, и многие кораллы начинают активно выдвигать свои щупальца для ловли микроскопического планктона, восполняя недостаток «продукции» от симбионтов.

Этот взаимовыгодный союз настолько критичен, что при возникновении стрессовых ситуаций (например, вследствие повышения температуры воды) водоросли могут покинуть полип, коралл обесцвечивается и может погибнуть.Аналогичная ситуация возникает и в холодное время года. При продолжительном ухудшении погодных условий коралл переходит к активному процессу фильтрации воды для поиска пропитания. Однако в тропических регионах, где сезонные колебания не столь значительны, наибольшую опасность представляет не зима, а повышение температуры воды.

Пятнистая саламандра

В течение длительного времени специалисты были уверены, что позвоночным животным недоступна возможность получения выгоды от фотосинтеза. Но природа преподнесла неожиданное открытие. К ним оказалась пятнистая саламандра, обитающая в Северной Америке.

Водоросли под названием OophilaВодоросли проникают внутрь клеток развивающегося эмбриона саламандры! Этот феномен представляет собой уникальный известный случай симбиотической связи между водорослями и позвоночным животным. Внутри яйца водоросли выполняют роль миниатюрных помощников: они синтезируют кислород и обеспечивают питательными веществами зародыш, получая взамен продукты его жизнедеятельности. Благодаря такому соседству «озелененные» эмбрионы демонстрируют более быстрое развитие и значительно повышают свои шансы на выживание.

Однако, как только эмбрионы трансформируются в личинок и покидают яйцо, их тесное взаимодействие с водорослями, обитающими внутри клеток, завершается. К моменту наступления зимы молодые саламандры достигают зрелости и готовы к независимой жизни. А взрослые особи, с сокращением светового дня и приходом холодов, уходят в спячку, находя убежище в почве или других защищенных местах. Их обмен веществ снижается, что приводит к резкому уменьшению потребности в энергии.

Возможно ли для животных существование исключительно за счет фотосинтеза

Подобные рассуждения неизбежно приводят к вопросу: насколько реалистичен подобный сценарий для человека? Однако биологические ограничения накладывают серьезные препятствия. Для обеспечения энергетических затрат, даже в состоянии покоя, индивиду со средними физическими параметрами потребовалась бы фотосинтетическая площадь, эквивалентная размерам теннисного корта. Наш обмен веществ характеризуется высокой интенсивностью, а эффективность фотосинтеза остается недостаточной. Таким образом, человек попросту не предназначен для существования на основе фотосинтеза.

При этом даже наиболее находчивые животные не способны использовать фотосинтез в качестве единственного и постоянного источника энергии, подобно растениям. Солнечная энергия для них представляет собой мощный, но временный «бонус», позволяющий максимально эффективно использовать период избытка света.

С наступлением холодной погоды и сокращением продолжительности светового дня они вынуждены возвращаться к привычным методам получения пропитания — поиску съедобных ресурсов, фильтрации воды или вступлению в состояние анабиоза. Фотосинтез остается стратегией, тесно связанной с изменчивостью природных условий.