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在整个自然界中 ， 绿色植物通过吸收二氧化碳和水 ， 并借助阳光的力量 ， 进行光合作用制造氧气与有机物 ， 进而几乎养活了地球上的所有生物 。
这种晒晒太阳就能生存能力让人类羡慕至极 ， 因此总有狂热的科幻迷认为 ， 未来人类也能像植物一样依靠晒太阳活命 。 重要的是 ， 除科幻迷之外 ， 科学家也在努力让动物掌握光合作用这项技能 。 现在 ， 德国科学家开发了另一种方法 ， 通过将藻类引入蝌蚪血液中 ， 让其掌握了植物的呼吸方法 。 该研究已发表在iScience 上 。
上图：注入的绿藻（绿色）位于血管（洋红色）内 ， 就像一串珍珠 。
众所周知 ， 青蛙在水中和陆地上过着双重生活 ， 在其一生中拥有许多呼吸技术 。 在它们还是蝌蚪时 ， 主要生活在水中 ， 用鳃呼吸 。 长大后成为两栖动物 ， 既可以通过肺来进行呼吸 ， 也可以通过皮肤的毛孔及毛细血管呼吸 。
这是因为青蛙的肺并不发达 ， 仅仅是一对薄壁的囊 ， 构造很简单 ， 气体的交换量也很少 ， 依靠它得到的氧气 ， 不能满足生活上的需要 ， 因此还得由皮肤呼吸来补足 。 其中 ， 青蛙透过皮肤呼吸所得的氧 ， 大约占吸氧总量的40%左右 。 但青蛙幼体——蝌蚪就没有那么幸运了 ， 由于只会用腮呼吸 ， 缺氧也成了家常便饭 。 而一旦缺氧 ， 首先受损的就是蝌蚪大脑中的神经元 。
该研究团队的领导人员在研究非洲爪蛙蝌蚪大脑的耗氧量时 ， 与植物学家的一次午餐谈话激发了其将植物生理学与神经科学相结合的想法：利用光合作用的力量为神经细胞提供氧气 。 这个想法听起来似乎有些不切实际 ， 但其实在自然界中 ， 藻类一直和谐地生活在海绵、珊瑚和海葵中 ， 并为它们提供氧气甚至营养 。 这不由得让科学家思考 ， 像青蛙这样的脊椎动物 ， 是不是也可以与藻类共生？
为了探索这种可能性 ， 该团队将绿藻或蓝藻注入了蝌蚪的心脏 。 使得每一次心跳 ， 藻类都会穿过血管 ， 最终到达大脑 ， 将半透明的蝌蚪变成亮绿色 。 在将藻类被运输到大脑后 ， 研究人员将蝌蚪的头部分离出来 ， 并将其放入含有维持细胞功能的必需营养素“氧气泡泡浴”中 ， 从而使团队能够监测神经活动和氧气水平 。 当“泡泡浴”的氧气被消耗殆尽时 ， 蝌蚪的神经停止放电并陷入沉默 。 然而 ， 照射蝌蚪头部 ， 会使其神经活动在 15 到 20 分钟内重新启动 ， 恢复的神经的表现也与缺氧前一样好 ， 甚至更好 。
上图：经心脏注射莱茵衣藻的蝌蚪
这意味着当绿藻和蓝藻被注射到非洲爪蛙蝌蚪的大脑中时 ， 可以让蝌蚪缺氧的神经元恢复活力 ， 就像心肺复苏一样 。 更令人难以置信的是 ， 当青蛙缺氧直到它们的神经元沉默时 ， 它们大脑中的微生物能够重新启动并将神经元从死亡边缘拯救出来 。
上图：非洲爪蟾蝌蚪经心注入及光合微生物在血管中的积累
研究人员认为 ， 在未来 ， 光养微生物可能会提供一种新的方法 ， 在特定条件下或在病理损伤后 ， 以受控的方式直接增加大脑中的氧气水平 。 例如可以帮助人类从中风中康复 ， 或在无氧环境中旅行 。 然而 ， 就目前而言 ， 藻类还远未准备好进入我们的血液循环 ， 这仍然是一个非常难以实现的想法 。 为什么这么说？
因为在休息时 ， 普通脊椎动物的大脑消耗身体可用氧气的2%到8% 。 但人类大脑不同 ， 尽管重量仅占我们身体的 2%左右 ， 但它却消耗了人体 20% 的氧气 。 如果缺氧超过五分钟或更长时间 ， 我们脑袋中的神经元将再无复活的可能——这意味着研究人员不可能在人类身上进行此类实验 。
除此之外 ， 这也让我们不得不思考：“如果该方法真的可行 ， 就真的一定适用于我们这个物种吗？”毕竟蝌蚪是透明的 ， 这意味着阳光可以很容易地穿过它们的皮肤 ， 射入它们的大脑 ， 让里面的藻类或细菌进行光合作用并产生氧气 ， 然后通过血管扩散到青蛙全身 。 而人类的头骨是不透明的 ， 这意味着我们需要找到另一种理论方法来触发我们大脑中的光合生物以产生适量的氧气 。
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