人类为什么没有进化出叶绿体?
这个问题,通俗的讲,可以归结为——
——运气不好
一场套娃大乱斗获得叶绿体的动物叶绿体养不了人
如果一直往前追溯的话,真核生物在系统发生学上大致能分为五个类群:
泛植物(Plantae) :红藻、灰胞藻、维管植物等
SAR超类群 :海带、甲藻、弓形虫、疟原虫等
古虫(Excata) :眼虫等
变形虫类(Amoebozoa):变形虫、黏菌
后鞭毛生物(Opisthokonta):动物、真菌等
详细可以看这篇回答:
在这五大类群中,泛植物、SAR以及古虫各有成员拥有叶绿体
然后,目前的主流理论认为真核生物的光叶绿体本来是被吞噬的能进行光合作用的生物,比如蓝细菌,比如其他抢先一步获得叶绿体的真核生物(第二次内共生):
总之,在这场差不多十亿年前的套娃大乱斗中,我们和青头菌的那位不争气的最近共同祖先啥都没捞着,只得和变形虫一起做了个异养生物
但这事还没完,因为即使到了后来动物类群已经成型,这之中仍然有“幸运儿”完成了与光合生物的共生,成为能在一定程度上自养的动物
对于真后生动物来说,与自养生物共生比较成功的类群当属以珊瑚虫为代表的刺胞动物门。其一个很重要的合作对象是来自SAR超类群囊泡藻界甲藻门的虫黄藻
虫黄藻通过光合作用为珊瑚虫提供有机碳和能量,有时占到宿主能量来源的90%
珊瑚绚烂的色彩很大一部分要归功于虫黄藻的多甲藻黄素和硅甲藻黄素
因纪录片而闻名遐迩的帕劳群岛的水母湖,其中特有的黄金水母(Mastigias sp.)也与虫黄藻达成了共生关系,不需要进食
绿水螅(Hydra viridissima)与泛植物中的小球藻达成了共生关系
小球藻与水螅细胞的分裂周期已经达成同步
除此之外,还有一个很特殊的门类也有物种获得了叶绿体——异无腔动物门。它们是肾管动物,也就是原口后口动物的旁系
罗斯科夫无腔虫 Symsagittifera roscoffensis
无腔虫群体在海滩上形成的涌潮
看不上这些与我们早早分家的动物的话,那或许可以指望软体动物门帮你成事,盗叶绿体这方面它们比较有经验,这不是整出了个绿叶海天牛嘛
见多了绿叶海天牛来见见它亲戚,百褶海天牛Elysia crispata也能进行光合作用
珠绿螺科的Berthelinia schlumbergeri,珠绿螺科Juliidae的成员具有双壳纲那样的两片贝壳,也具有盗叶绿体行为,但它们无法利用其产能或供氧,目前认为其更多起到保护色的作用
要是看不上原口动物——或者直接看不上没有脊椎的动物的话,斑点钝口螈(ambystoma maculatum)可以让卵在胚胎发育时期接受藻类的供氧,也能让其进入细胞,起到一定程度的养分供应作用
斑点钝口螈
斑点钝口螈的卵
再或者,哺乳动物类群里,树懒可以让藻类生长在毛发上,起到一定的保护色效果
我——绿——了——
综上,人类在演化中任何一个阶段都有可能以某种形式获得叶绿体,之所以没有多半是概率问题
但是,即使人类真的获得了叶绿体,其功能多半也是性选择或微弱的伪装与防晒:题主所述的拥有叶绿体的生存优势是不成立的
产氧光合作为这个星球上有机物与无机物间最重要的桥梁,其效率却十分低下:那个固定二氧化碳的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)催化效率只有一般酶的0.3%,而且专一性很差,时不时载个氧气分子造成光呼吸。
这样低的能量转化效率维持植物那样的生命形式还好,动物?运动、神经、产热那么多张嘴等着喂呐
最直观的——想想你一天的三碗饭是用多少天长出来的
这种耗能的差异在小尺寸生物,比如眼虫和甲藻身上体现不明显。但随着生物体积的增大,一个严重的问题出现了——比表面积
我们在中学学过,如果一个细胞在形状不变的情况下体积增大,那么物质就要花更多的时间从表面运输到其所有部位,这一点将大部分细胞的大小限制在了微观尺寸
一些单细胞藻类依靠叶绿体与线粒体的物质循环可以长到非常巨大,比如图中的总状蕨藻Caulerpa racemosa
这一点对于光合作用也是一样的:随着体积的增加,受光面积的增长终将赶不上需要供养的细胞数量的增长
对此,大型植物的对策是改变形状:树木开枝散叶,就是以类似分形图案的方式尽可能增大比表面积,在增加单位体积时获得尽可能多的光照资源
而对于动物,尤其是那些大体型且占据运动活跃生态位的动物,它们需要使身体呈流线型,也就是说,尽可能减小比表面积,使增加单位体积时受到的外界阻力尽可能小
于此,植物与动物随着尺寸的增加,为了不同的生态位,在宏观世界里分道扬镳
“正经人谁光合作用啊。你光合作用吗?”
“我不光,你光合作用吗?”
“光合作用能吃饱?”
“能吃饱还用得着光合作用?”
“韭菜!”
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