動植物混合？蝌蚪被科學家引入藻類，成功用光合作用修復神經損傷

在整個自然界中，綠色植物透過吸收二氧化碳和水，並藉助陽光的力量，進行光合作用製造氧氣與有機物，進而幾乎養活了地球上的所有生物。

這種曬曬太陽就能生存的能力讓人類羨慕至極，因此總有狂熱的科幻迷認為，未來人類也能像植物一樣依靠曬太陽活命。重要的是，除科幻迷之外，科學家也在努力讓動物掌握光合作用這項技能。現在，德國科學家開發了另一種方法，透過將藻類引入蝌蚪血液中，讓其掌握了植物的呼吸方法。該研究已發表在iScience 上。

上圖：注入的綠藻（綠色）位於血管（洋紅色）內，就像一串珍珠。

眾所周知，青蛙在水中和陸地上過著雙重生活，在其一生中擁有許多呼吸技術。在它們還是蝌蚪時，主要生活在水中，用鰓呼吸。長大後成為兩棲動物，既可以透過肺來進行呼吸，也可以透過面板的毛孔及毛細血管呼吸。

這是因為青蛙的肺並不發達，僅僅是一對薄壁的囊，構造很簡單，氣體的交換量也很少，依靠它得到的氧氣，不能滿足生活上的需要，因此還得由面板呼吸來補足。其中，青蛙透過面板呼吸所得的氧，大約佔吸氧總量的40%左右。但青蛙幼體——蝌蚪就沒有那麼幸運了，由於只會用腮呼吸，缺氧也成了家常便飯。而一旦缺氧，首先受損的就是蝌蚪大腦中的神經元。

該研究團隊的領導人員在研究非洲爪蛙蝌蚪大腦的耗氧量時，與植物學家的一次午餐談話激發了其將植物生理學與神經科學相結合的想法：利用光合作用的力量為神經細胞提供氧氣。這個想法聽起來似乎有些不切實際，但其實在自然界中，藻類一直和諧地生活在海綿、珊瑚和海葵中，併為它們提供氧氣甚至營養。這不由得讓科學家思考，像青蛙這樣的脊椎動物，是不是也可以與藻類共生？

為了探索這種可能性，該團隊將綠藻或藍藻注入了蝌蚪的心臟。使得每一次心跳，藻類都會穿過血管，最終到達大腦，將半透明的蝌蚪變成亮綠色。在將藻類被運輸到大腦後，研究人員將蝌蚪的頭部分離出來，並將其放入含有維持細胞功能的必需營養素“氧氣泡泡浴”中，從而使團隊能夠監測神經活動和氧氣水平。當“泡泡浴”的氧氣被消耗殆盡時，蝌蚪的神經停止放電並陷入沉默。然而，照射蝌蚪頭部，會使其神經活動在 15 到 20 分鐘內重新啟動，恢復的神經的表現也與缺氧前一樣好，甚至更好。

上圖：經心臟注射萊茵衣藻的蝌蚪

這意味著當綠藻和藍藻被注射到非洲爪蛙蝌蚪的大腦中時，可以讓蝌蚪缺氧的神經元恢復活力，就像心肺復甦一樣。更令人難以置信的是，當青蛙缺氧直到它們的神經元沉默時，它們大腦中的微生物能夠重新啟動並將神經元從死亡邊緣拯救出來。

上圖：非洲爪蟾蝌蚪經心注入及光合微生物在血管中的積累

研究人員認為，在未來，光養微生物可能會提供一種新的方法，在特定條件下或在病理損傷後，以受控的方式直接增加大腦中的氧氣水平。例如可以幫助人類從中風中康復，或在無氧環境中旅行。然而，就目前而言，藻類還遠未準備好進入我們的血液迴圈，這仍然是一個非常難以實現的想法。為什麼這麼說？

因為在休息時，普通脊椎動物的大腦消耗身體可用氧氣的2%到8%。但人類大腦不同，儘管重量僅佔我們身體的 2%左右，但它卻消耗了人體 20% 的氧氣。如果缺氧超過五分鐘或更長時間，我們腦袋中的神經元將再無復活的可能——這意味著研究人員不可能在人類身上進行此類實驗。

除此之外，這也讓我們不得不思考：“如果該方法真的可行，就真的一定適用於我們這個物種嗎？”畢竟蝌蚪是透明的，這意味著陽光可以很容易地穿過它們的面板，射入它們的大腦，讓裡面的藻類或細菌進行光合作用併產生氧氣，然後透過血管擴散到青蛙全身。而人類的頭骨是不透明的，這意味著我們需要找到另一種理論方法來觸發我們大腦中的光合生物以產生適量的氧氣。

例如，研究人員建議將微生物注射到心血管系統中。如果微生物在面板下的靜脈和動脈中流動，理論上它們會接收到更多的陽光。但該團隊也承認，這個概念存在潛在的有害性。如果微生物生長失控，它們很可能會堵塞我們的血管。而如果產生過多的氧氣，也可能與缺氧一樣危險。同時，該團隊的下一步是檢視注入的藻類是否可以在活的蝌蚪體記憶體活並繼續產生氧氣，而不會引起對動物造成嚴重破壞的免疫反應。

由此可見，如果微生物生長控制得當，動物獲得植物的光合作用能力將成為可能。也許不久之後，科幻迷的幻想真的能夠成為現實。人類可以不再受到氧氣的限制，只需行走於陽光之下，便能滿足生存所需。