绿叶海蜗牛或绿叶海天牛(
学名东方翡翠伊丽莎,Elysia chlorotica),属
软体动物门腹足纲腹足目的一种囊舌类
海洋软体动物。
绿叶海蜗牛绝对是一个奇葩又聪明的存在。它们吃掉
藻类后,不仅吸收与
光合作用有关的基因,整合到自己的基因中,从而进行光合作用,产生自己所需的
糖类和脂肪等,还能通过水平基因转移获得支持
叶绿体存活的基因。最近,科学家弄清楚了它的一部分奥秘,并发表在《
生物学通报》(The Biological Bulletin)杂志上。作者发现,绿叶海蜗牛的一部分
染色体竟然来自它所吃掉的藻类。这些基因能帮助海天牛进行光合作用。
绿叶海蜗牛的体型十分娇小,成年个体体长从1到3厘米不等,没有贝壳,看上去活像一片叶子,
翡翠般鲜绿,与藏身处的海藻天衣无缝地打成一片。它的这种美丽色泽在
动物界并不多见,这其实要归功于它身体内部大量的
叶绿体,就是那些通常只有植物才拥有的充满叶绿素的
光合作用。刚出生的小
绿叶海蛤蝓呈棕色,半透明,身上缀有红色斑点。绿叶海蜗牛两片形如翅膀的
伪足将身体拉宽。当伪足折起来时,它看上去就像只绿色的
蛞蝓,体态修长,顶端两只
触角;而当“两翼”像
太阳能电池板一样展开时,它的身体便与一片绿叶无异,背上的血管就是它的
叶脉。绿叶海蜗牛与植物的相似程度还不止于此:如果长时间不见阳光,它还会枯萎,由绿变棕,发黄,最后死亡。
缅因大学生物化学教授,绿叶海蜗牛研究专家玛丽·兰佛指出,“它们如何抵御海蜗牛的消化液呢?直到现在这仍是一个谜团。”当人吞下蔬菜后,体内
消化道的酶会把蔬菜的
细胞分解,这种作用使
叶绿体无法以任何形式存留。这说明绿叶海蜗牛具有一种保存并不损害这种
细胞器的非凡才能。在实验室里,玛丽·兰佛注意到这种
绿叶海蛤蝓一生进食一次便已足矣。从享用完第一顿
绿藻门大餐起,这种
软体动物门体内便充满了叶绿体,从此便可终生
禁食。虽然绿叶海蜗牛的生命周期并不是很长(9到10个月),但对于叶绿体来讲已非常漫长。如同一部
太阳能电池需要定期充电一样,叶绿体要是没有维持其功能运转所必需的
蛋白质,过不了几天或个把月就能量耗尽了。
绿叶海蜗牛分布在美国东海岸,包括
马萨诸塞州、
康涅狄格州、
纽约州、
新泽西州、
马里兰州、
罗得岛州、
佛罗里达州州(东佛罗里达和西佛罗里达)和得克萨斯州。它们甚至可以在
加拿大的
新斯科舍省北部发现。这种
绿叶海蛤蝓最常见于盐沼、潮沼、池塘和浅溪,生活在0米到0.5米的深度。
绿叶海蜗牛以
潮间带藻类Vaucheria litorea为食。它用舌齿刺破藻
细胞壁,然后将藻丝牢牢地放在嘴里,像用吸管一样吸出其中的内容。它只保留
叶绿体,通过将它们储存在其广泛的
消化系统中。它随后将活的叶绿体吸收到自己的肠
细胞中,并使其在许多个月内保持活力和功能。叶绿体的获取始于海蜗牛从蛹期
变态后开始吃Vaucheria litorea细胞。刚开始
绿叶海蛤蝓需要不断地吃藻类来保留叶绿体,但随着时间的推移,叶绿体变得更加稳定地融入到肠道细胞中,使海蜗牛能够在不再进食的情况下保持绿色。一些绿叶海蜗牛甚至能够在只进食几次后,持续一年使用
光合作用。
成年绿叶海蜗牛是同体
雌雄同体。当
性成熟时,每只动物同时产生精子和卵子。然而,在这个物种中自我
受精卵并不常见。相反,绿叶海蜗牛进行交叉受精。在受精卵在海蜗牛内部受精后,它们会将受精卵产在长长的串中。在绿叶海蜗牛的生命周期中,裂解是全裂和
尾旋的。这意味着卵子完全裂解,每个裂解面都与卵子的动物-植物轴呈斜角。其结果是产生了一层层的
细胞,每一层都位于下面一层细胞的沟槽之间。在裂解结束时,
胚胎形成了一个无明显中央腔的
囊胚。绿叶海蜗牛的胚胎形成是通过外胚层扩张来进行的:外胚层扩展包裹了
中胚层和
内胚层。在胚胎经历类似
轮虫美国白灯蛾的阶段后,它作为旋转幼虫孵化出来。旋转幼虫有壳和纤毛的帽。幼虫利用纤毛的帽游泳,同时将食物带到口中。幼虫以海水柱中的浮游植物为食。食物被纤毛的帽带到口中后,被送到
消化道,然后移动到
消化腺,那里食物被消化,营养被消化腺上皮
细胞吸收。
尽管绿叶海蜗牛无法合成自己的
叶绿体,但能够保持叶绿体的功能状态表明绿叶海蜗牛可能在其核
基因组中拥有支持叶绿体存活的基因,可能是通过水平基因转移获得的。科学家们对绿叶海蜗牛基因组进行了研究,寻找可能支持叶绿体存活和
光合作用的基因。研究人员在
绿叶海蛤蝓的
脱氧核糖核酸中发现了一个重要的
藻类基因psbO(编码光系统II
配位化合物中锰稳定蛋白的核基因),与藻类版本完全相同。他们得出结论,这个基因很可能是通过水平基因转移获得的,因为它已经存在于绿叶海蜗牛的卵子和
配子中。正是由于这种利用水平基因转移的能力,
叶绿体才能被如此高效地利用。如果一个生物没有将叶绿体和相应的基因整合到自己的
细胞和
基因组中,由于叶绿体的使用和保存效率不高,藻类细胞就需要更频繁地被吞食。这再次节约了能量,正如前面所述,使
绿叶海蛤蝓能够专注于更重要的活动,如
交配和避免
捕食。然而,最近的分析未能在绿叶海蜗牛或类似物种Elysia timida和Plakobranchus ocellatus中识别出任何活跃的
藻类核基因,这削弱了水平基因转移假说的支持。2014年的一份报告利用
荧光原位杂交(FISH)定位了一个藻类核基因prk,发现了水平基因转移的证据。然而,这些结果后来受到质疑,因为FISH分析可能具有欺骗性,并且没有将结果与绿叶海蜗牛
基因组进行比较。尽管绿叶海蜗牛缺乏活跃的藻类核基因,但其
叶绿体一旦被捕获后能够长时间存活的确切机制仍然未知。然而,对Elysia timida及其藻类食物
伞藻属 acetabulum和Vaucheria litorea的基因组分析表明,它们的叶绿体产生了另一种对光系统II修复至关重要的
蛋白质ftsH。在
陆生植物中,这个基因总是编码在
细胞核中,但在大多数
藻类的叶绿体中存在。大量的ftsH原则上可以极大地促进绿叶海蜗牛和Elysia timida中观察到的偷
叶绿体的长寿。