太陽(yáng)輻射是地球生命主要的能量輸入，它向地球輸送的能量大到難以想象，按照30%反射到太空，70%作用于地球來(lái)算，太陽(yáng)一小時(shí)內(nèi)作用于地球的能量足以為人類提供一年的電力需求。

如此一個(gè)完美的能量來(lái)源，讓許多人產(chǎn)生了一個(gè)念頭，為什么動(dòng)物要辛苦捕獵，而不是像植物一樣直接利用陽(yáng)光？

其實(shí)，我們能想到的，大自然都已經(jīng)嘗試過(guò)了。

光合作用的動(dòng)物大自然一直都在嘗試，現(xiàn)在我們都能在大自然中找到許多同時(shí)包含異養(yǎng)（覓食）和自養(yǎng)（光合作用）兩種營(yíng)養(yǎng)方式的生物，只是這種“雜牌”生物確實(shí)沒有太多的進(jìn)化優(yōu)勢(shì)，所以沒有普及而已。

關(guān)于動(dòng)物利用陽(yáng)光的自養(yǎng)行為，主要有幾種嘗試：

第一種就是通過(guò)進(jìn)化尋找到類似光合作用的方法，自行完成太陽(yáng)能的利用，這種方式的例子是一些蚜蟲。

蚜蟲是農(nóng)業(yè)害蟲，但它們卻一直都是遺傳學(xué)家的朋友，這些小東西有太多獨(dú)特之處了，有研究表明，一些豌豆蚜蟲利用一種被稱為類胡蘿卜素的色素來(lái)收集太陽(yáng)能并制造ATP。

據(jù)信，這些蚜蟲是從真菌那里竊取到制造這些色素的基因[1]，自然界已知具有相似情況的動(dòng)物還有一些。

不過(guò)這些動(dòng)物都不是真的光合作用，它們不涉及將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖，而是直接生產(chǎn)ATP。

第二種，通過(guò)共生關(guān)系進(jìn)行光合作用。這種自養(yǎng)方式的動(dòng)物非常常見，其中珊瑚就是最典型的例子。

Toby Hudson

珊瑚是成百上千種類似?？能涹w動(dòng)物的集合，生活在它們自己建造的巨大巖礁中。

它們依賴于被稱為甲藻的微小藻類，這些藻類生活在細(xì)胞內(nèi)的特殊隔室中，它們可以進(jìn)行光合作用，并為珊瑚提供營(yíng)養(yǎng)。

這種方式在海洋中很常見，海葵、蛤、海綿和蠕蟲等等都有相應(yīng)的例子，另外還至少有一種脊椎動(dòng)物也在這么做，那就是斑點(diǎn)蠑螈。

斑點(diǎn)蠑螈已知唯一內(nèi)共生的脊椎動(dòng)物 D. Gordon E. Robertson

你可能會(huì)問，既然可以共生，那為什么不直接利用這些共生體生產(chǎn)能量的部分——葉綠體，而拋棄那些消耗能量的部分呢？

恭喜你，你想到了生物第三種自養(yǎng)行為——直接獲取葉綠體。

已知有一種動(dòng)物可以直接獲取葉綠體作為己用，那就是艾麗西亞海蛞蝓。

這些動(dòng)物以綠色藻類為食，然后直接剝奪了食物中的葉綠體，并儲(chǔ)存在自己的消化道內(nèi)，讓這些葉綠體繼續(xù)為自己工作，從而讓自己可以像植物一樣生存。

艾麗西亞海蛞蝓 Karen N. Pelletreau

不過(guò)，新生的艾麗西亞海蛞蝓并沒有葉綠體，它們需要吃藻類來(lái)獲取。

那么更有趣問題是，為什么不進(jìn)一步優(yōu)化這種共生關(guān)系，直接將葉綠體跟隨自己的細(xì)胞自我復(fù)制呢？

好吧，你現(xiàn)在想到了真核生物起源的一個(gè)重要假說(shuō)——內(nèi)共生理論，這種理論認(rèn)為真核植物葉綠體的獲取很可能就是早期較大的異養(yǎng)原核生物吞噬了最早的光合作用原核生物——藍(lán)細(xì)菌，并把藍(lán)細(xì)菌“訓(xùn)練”成了自我復(fù)制的葉綠體。

圖：葉綠體和藍(lán)細(xì)菌對(duì)比，兩者有很多相似之處

（ps：內(nèi)共生理論是目前接受度還算廣的理論，該理論可不止認(rèn)為真核生物的葉綠體是這么來(lái)的，連我們的線粒體也是這么來(lái)的，還有其它一些重要細(xì)胞器可能都是如此。）

有證據(jù)表明，把葉綠體訓(xùn)練成細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制個(gè)體的情況，自然界獨(dú)立經(jīng)歷過(guò)好幾次，不過(guò)許多都不是利用藍(lán)細(xì)菌，而是原核生物直接吞噬了包含有葉綠體的真核細(xì)胞，然后獲取了對(duì)方的葉綠體，并隨著時(shí)間推移完全占為己用。

既然，異養(yǎng)生物——包括真正的高級(jí)動(dòng)物都能做到自養(yǎng)行為，或者直接利用，那為什么真正光合作用的動(dòng)物不存在呢？

現(xiàn)在，我們可以回過(guò)頭來(lái)回答這個(gè)問題了。

首先，從進(jìn)化動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看，我覺得自養(yǎng)和異養(yǎng)是兩種完全對(duì)立的適應(yīng)，“雜牌”或者同時(shí)擁有自養(yǎng)和異養(yǎng)的中間態(tài)沒什么生存優(yōu)勢(shì)。

異養(yǎng)生物需要想方設(shè)法捕捉到獵物，它們需要更快、更有力量，生理結(jié)構(gòu)需要朝著這方面優(yōu)化，而且這種生活方式指向的是高消耗。

光合作用其實(shí)是一種低效的生存方式，它只能提供非常少的能量，所以它適合低消耗的植物，而且植物為此需要做出很大的生理優(yōu)化——比如盡量的將葉綠體平鋪加大光合作用。

如果動(dòng)物想要得到光合作用，它大概率也要為此付出相應(yīng)的生理結(jié)構(gòu)，而這種改變會(huì)犧牲掉它作為動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)。

比如艾麗西亞海蛞蝓，它算是目前最好的中間態(tài)樣本了，它為了能夠更好的光合作用，其實(shí)是把身體演化成了類似葉子一樣平鋪開來(lái)。

這種身體結(jié)構(gòu)可能讓它們犧牲了許多進(jìn)食方面的便攜，它們需要在進(jìn)食方面投入更多的能量，只是它們可以通過(guò)光合作用補(bǔ)充。

可以說(shuō)，雖然艾麗西亞海蛞蝓獲得光合作用能力在能量獲取方面有優(yōu)勢(shì)，但是它在攝食方面投入更多能量，如果不是特殊的環(huán)境，這很可能是得不償失的選擇。

之所以它們依然可以選擇這種方式生存，很大一部分原因其實(shí)是它們把自己變成了綠色，可以很好的隱藏自己，降低被捕食的風(fēng)險(xiǎn)。

其次，你會(huì)發(fā)現(xiàn)越簡(jiǎn)單的動(dòng)物才有機(jī)會(huì)和光合作用的生物共生，而那些能夠做到讓葉綠體自我復(fù)制完全占為己用的生物，其實(shí)都是最簡(jiǎn)單的單細(xì)胞原核生物。

這方面做得最好的復(fù)雜動(dòng)物——艾麗西亞海蛞蝓，目前尚不清楚它們?nèi)绾巫屓~綠體為自己服務(wù)，但可以肯定的是對(duì)于復(fù)雜動(dòng)物而言，這涉及的基因很多，很難通過(guò)進(jìn)化完成。

不過(guò)，我這邊有看到，那些獲得葉綠體的單細(xì)胞生物，最后基本都是演化到完全依賴光合內(nèi)共生體，并失去了覓食的能力。

只能說(shuō)躺平誰(shuí)都想，但是動(dòng)物在異養(yǎng)這條路上走得足夠遠(yuǎn)了，復(fù)雜一點(diǎn)的很難改變自己，也很難適應(yīng)自養(yǎng)生活方式。

簡(jiǎn)單的動(dòng)物可能還有戲，只是這些生物不會(huì)太常見，因?yàn)榇_實(shí)沒多少優(yōu)勢(shì)。

參考：

[1].https://www.science.org/doi/10.1126/science.1187113