Кислород нам жизненно необходим для нормального функционирования организма больше, чем пища или вода. Но бывают ситуации, когда его катастрофически не хватает. Например, если мы оказались под водой, в замкнутом или безвоздушном пространстве. И это легко может привести к гибели. Как же быть, если взять кислород негде, а он очень нужен? Вот если бы наш организм мог вырабатывать его самостоятельно, без внешних источников! Ведь получается же это у растений и бактерий, которые обладают фотосинтезом…
О том, что такое фотосинтез, мы узнаем еще в школе на уроках ботаники. Так называется сложный химический процесс, который преобразует энергию светового излучения в энергию химических связей, в том числе превращает углекислый газ в органические вещества. В этом участвует особый пигмент - хлорофилл. Хотя большинство животных организмов также восприимчивы к световой и солнечной энергии, фотосинтез им, за редким исключением, не свойственен. Человек, например, способен поглощать из пространства кислород и вырабатывать углекислый газ, но никак не наоборот.
Уже довольно давно ученые задумались о создании механизмов, способных изменить эту ситуацию. Так, несколько лет назад сотрудники Морской биологической лаборатории (США, Вудс Холл) занялись изучением Elysia chlorotica - морского слизня, который имеет бриллиантово-зеленый цвет и выглядит как лист растения. Он также способен к фотосинтезу.
Каким же образом это удается животному? Выяснилось, что Elysia chlorotica питается водорослями, которые в природе являются одним из самых мощных источников кислорода, и не просто питается, а присваивает себе их гены, которые и обеспечивают процесс фотосинтеза.
«На Земле невозможно такое, чтобы гены водорослей действовали внутри клетки животного, - сказал один из авторов исследования, почетный профессор Южно-Флоридского университета Сидни К.Пирса. - И все-таки это происходит.
Они позволяют животному получать питание от солнца».
Если бы мы были растениями…
Если поглощение растительной ДНК животными происходит естественным путем, то нельзя ли сделать то же самое искусственно? Над этим долгое время работала Кристина Агапакис, специалист в области синтетической биологии.
Она пришла к выводу, что для того, чтобы осуществлять фотосинтез, мы должны стать максимально похожими на растения, как тот же Elysia chlorotica. По ее мнению, у животных и растений есть общий предок, но миллиарды лет назад их пути разошлись, так как растения научились впитывать в себя хлоропласты, которые тогда являлись свободноживущими бактериями. Животные же стали получать энергию другими, более «грубыми» способами.
Исследовательница считает, что люди не смогут «питаться» солнечной энергией до тех пор, пока не подвергнут свой организм кардинальным модификациям. «Если вам интересно, можете ли вы обрести способность фотосинтезировать, я отвечу, что, во-первых, вам придется полностью прекратить двигаться, а во-вторых, стать полностью прозрачными», - говорит Агапакис. По понятным причинам это практически невозможно.
Кроме того, по ее подсчетам, каждая человеческая клетка для осуществления фотосинтеза должна будет «поглотить» тысячи водорослей. Где их взять?
Недавно уже упомянутые немецкие нейробиологи заявили, что им удалось отыскать более реальный способ получения кислорода, который заключается в симбиозе животных и водорослей. Для этого, решили они, нужно размещать колонии водорослей прямо в организме животного.
Исследователи вводили зеленые водоросли (Chlamydomonas reinhardtii) либо цианобактерии (Synechocystis) в кровеносные сосуды головастиков шпорцевой лягушки. После этого экспериментаторы искусственным путем снижали содержание кислорода в окружающей среде, продолжая отслеживать нервную активность головастиков. Когда переставали поступать сигналы от нервных клеток, зажигался свет, запускался процесс фотосинтеза. Это приводило к тому, что нейроны головастиков опять начинали получать кислород и восстанавливались.
«Это работает, так почему бы и нет? - комментирует одна из экспертов, Сьюзан Озугур. - Я думаю, что у открытия есть большой потенциал».
Ее коллега Ханс Страк считает, что их открытие может быть применимо, к примеру, в таких сферах, как медицина или космонавтика. Скажем, фотосинтез может насытить кислородом мозг, пострадавший при инсульте или травме, которые привели к кислородному голоданию. Или поможет космонавтам в условиях нехватки кислорода во время полетов, особенно на дальние расстояния.
Также специалисты из Университета Людвига-Максимилиана хотят понять, может ли еще быть какая-то польза от водорослей. Например, могут ли они давать нервным клеткам глюкозу или другие полезные вещества.
Нейробиолог Кэтлин Каллен из Университета Джона Хопкинса настроена более скептично и в свою очередь полагает, что вряд ли идеи коллег найдут широкое применение. Однако это, по ее мнению, может «мотивировать на дальнейшее изучение нетрадиционных подходов к совершенствованию методов лечения гипоксии мозга, включая инсульт».
Конечно, предстоит провести еще множество испытаний и проверить, как на живые организмы влияют разно­образные виды водорослей. Так, еще неясно, есть ли у подобных инъекций какие-нибудь побочные эффекты, которые могут нанести потенциальный вред организму.