Фотосинтез присущ не только растениям

Недавно группа французских биологов сделала сенсационное открытие. Ученые выяснили, что некоторые животные (а если конкретно, то тли) могут заниматься фотосинтезом — то есть синтезировать органические вещества, используя энергию солнечного света. Прежде считалось, что такие "технологии" доступны только растениям. Но оказалось, что это не так.

Фото:

Следует заметить, что тли (Aphidoidea), несмотря на свою вредительскую деятельность по отношению к культурным (да и некультурным) растениям, являются одними из самых интересных и загадочных насекомых. Все у этих мельчайших (их размер тела в среднем составляет два миллиметра) существ не так, как у нормальных шестиногих: и жизненный цикл чрезвычайно сложный, с чередованием крылатых и бескрылых форм, и каратиноидные пигменты они могут сами синтезировать (единственный случай в мире животных), и жизнь у них чересчур уж сладкая — еще бы, практически одними сахарами питаются! Словом, не насекомые, а инопланетяне какие-то.

Недавно же тлям вновь удалось удивить научное сообщество — биологи из Технопарка Софии Антиполис (Франция) обнаружили, что эти вредные, но очень интересные букашки способны к фотосинтезу. То есть они могут, используя солнечную энергию, производить углеводы из воды и углекислого газа. Случай, согласитесь, нетривиальный — прежде считалось, что такие "технологии" доступны только растениям.

Кстати, фотосинтез действительно долгое время считался одним из важных критериев, при помощи которого можно было отличить растения от животных и прочих существ. Ученые полагали, что из многоклеточных только растения способны усваивать солнечную энергию и создавать тем самым то, что называется первичной продукцией экосистемы. Конечно же, некоторые животные, например, кораллы или морские моллюски, тоже могут фотосинтезировать, однако они делают это не при помощи собственных клеток, а благодаря живущим в их телах симбиотическим водорослям (которые, строго говоря, и занимаются фотосинтезом, отдавая хозяину часть произведенных углеводов).

Читайте также: У насекомых есть собственная почта

Тем не менее, согласно работе французских исследователей, с тлями дело обстоит совсем по-другому. Они превращают углекислоту и воду в сахара без помощи каких-либо симбионтов. Но, что самое удивительное, в их клетках в то же время отсутствуют хлоропласты — структуры, в которых и происходит большая часть фотосинтеза. Каким же образом эти малыши осуществляют столь сложный и многоступенчатый процесс?

Как уже было сказано выше, тли могут сами синтезировать каратиноидные пигменты. Эти вещества участвуют во многих процессах — от регулирования иммунной системы до производства некоторых витаминов, однако улавливать солнечный свет при начальной фазе фотосинтеза они тоже способны. Собственно говоря, именно они занимаются фотосинтезом осенью, когда хлорофилл разрушается и листья многих растений начинают краснеть.

Ученые выяснили, что от количества и качества этих самых каратиноидов зависит цвет насекомого. Однако разноокрашенные тли предпочитают разные условия для комфортного проживания. Так, зеленым комфортно при более прохладной температуре (примерно при 8-10 градусах по Цельсию), а оранжевые, наоборот, теплолюбивы (их оптимум — около 22 градусов по Цельсию).

В то же время, если концентрация насекомых на листе растения становится очень большой, в популяции начинаютпреобладать белые особи, вообще лишенные каратиноидов. Не исключено, что это происходит от того, что стресс мешает тлям производить эти пигменты. Такой же эффект наблюдается и при сильном давлении хищников на сообщество этих насекомых — от постоянного страха тли массово начинают "бледнеть".

Наблюдая за популяцией тлей в лабораторных условиях, биологи выяснили одну интересную вещь. Оказывается, в клетках зеленых тлей, которые содержат максимум каротиноидов, было больше всего АТФ (молекул, запасающих энергию). А вот у белых тлей их было меньше всего. Оранжевые же оказались аккуратно посередине. Это очень удивило ученых — ведь за время наблюдений насекомые всех цветов съедали одно и то же количество пищи. Откуда же тогда зеленые тли взяли "лишние" АТФ?

Более того, после проведения ряда опытов, во время которых "нормальных", оранжевых, особей помещали на свет, уровень АТФ в их клетках резко возрастал. А когда насекомых помещали обратно в тень, он так же резко падал. Все это навело ученых на мысль о том, что, видимо, тли могут заниматься фотосинтезом.

Когда биохимики выделили из тлей эти пигменты и посмотрели, можно ли использовать их в таких целях, то оказалось, что да — смесь каротиноидов, которая содержалась как в оранжевых, так и в зеленых тлях, успешно поглощала свет и использовала его энергию в реакциях фотосинтетической цепи. Более того, было установлено, что у живого насекомого эти пигменты образуют слой на глубине 0-40 мкм ниже панциря, что является оптимальным для улавливания световых волн. Также ученые установили, что каратиноиды хранятся в клетках самого насекомого, а не каких-нибудь его симбионтов.

Получается, что тли действительно могут осуществлять фотосинтез — даже несмотря на то, что являются настоящими представителями царства животных. Исследователи предположили, что, видимо, эта способность появилась у них в процессе эволюции как приспособление к неблагоприятным условиям. Об этом говорит интересная корреляция между окраской различных форм тлей и их температурными предпочтениями.

В самом деле, больше всего каратиноидов наблюдается у зеленых форм, которые также являются самыми холодоустойчивыми. И это неспроста — дело в том, что данная форма в живой природе наиболее распространена ранней весной, когда еще прохладно. Но и есть в это время пока особенно нечего — ведь активность растения еще достаточно низкая, питательных соков по сосудам "ходит" мало. Поэтому приходится готовить пищу самостоятельно — то есть фотосинтезировать.

Летом же, когда тепло и растения активны, доминирующей становится оранжевая форма, которая больше сосет соки растений, чем сама производит питательные вещества. Ну, а если популяция перенаселена или ей кто-то угрожает, то тут с фотосинтезом приходится временно "завязать", поскольку этот процесс требует от насекомого некоторой медлительности и неторопливости.

Читайте также: Божьи коровки подслушивают муравьев

Несмотря на то что сами авторы описывают полученные результаты с большой долей осторожности, говоря скорее о том, что существование фотосинтеза у тлей вполне возможно, но требует дальнейших доказательств, само по себе открытие очень интересно. Оно говорит о том, что между животными и растениями с точки зрения биологии не такая уж большая разница, как все привыкли считать…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"