Axolotl skvrnitý (Ambystoma maculatum) umí něco, oč se vědci dlouho marně snažili. Na černé kůži si nese výstražné žluté skvrny, ale ve své podstatě je „zelený“, protože „jede“ na solární pohon. Tento severoamerický obojživelník představuje mezi obratlovci vzácnou výjimku. Jeho embrya získávají kyslík a živiny fotosyntézou.
Tento biochemický proces je doménou zelených rostlin, jež jsou k jeho zvládání vybaveny zeleným barvivem chlorofylem uloženým v organelách zvaných chloroplasty. Rostliny díky chloroplastům zachytávají sluneční energii a z vody a oxidu uhličitého syntetizují cukry. Jako vedlejší produkt se přitom uvolňuje kyslík.
Axolotl zajal zelené řasy Chlorococcum amblystomatis a využívá je pro zdárný vývoj zárodků ve vajíčcích. K téhle strategii se uchýlil z donucení. Samičky kladou vajíčka do vody s minimálním obsahem kyslíku, protože tam nežijí ryby a potomstvo se tak vyhne úhlavním nepřátelům. Zárodek se ale bez kyslíku neobejde. Samice hostí v pohlavním traktu zelené řasy, kterými obalí kladená vajíčka. Ta tím získají jasně zelenou barvu.
Když zárodek dospěje k formování nervového systému, začne produkovat zplodiny látkové výměny bohaté na dusík. Řasy tento prvek využívají jako živinu a pronikají za ním do zárodku. V jeho buňkách se drží poblíž mitochondrií, které vyrábějí energii rozkladem glukózy za přítomnosti kyslíku.
Řasy poskytují mitochondriím mloka ze své produkce kyslík a cukry. Mitochondrie produkují jako zplodinu látkové výměny oxid uhličitý, který spolu s dusíkatými látkami čerpá řasa. Buňky řasy a zárodku axolotla se tak vzájemně podporují.
Zelený slimák
Ještě dále zašel ve využívání fotosyntézy malý 5 cm dlouhý mořský plž Elysia chlorotica žijící při východním pobřeží Severní Ameriky. Vypadá jako list a je zelený. Když vysvitne slunce, rozprostře své ploché tělo a chytá sluneční paprsky. Živí se vláknitými řasami, jako je Vaucheria littorea. Při jejich trávení ponechává nedotčené chloroplasty a ty pak používá k fotosyntéze. Vznikající cukry a kyslík využije ve svůj prospěch.
Chloroplasty zadržuje ve svém organismu vícero mořských živočichů živících se řasami. Většina to ale zvládá jen po omezenou dobu. Chloroplasty v těle živočichů rychle zanikají a ti si musí jejich zásobu obnovovat další konzumací řas. Elysia chlorotica získává chloroplasty během vývoje při proměně z larvy v dospělce. Chloroplasty však zůstávají funkční po celou dobu života tohoto plže.
Ten se živí řasami jen na začátku života a potom už žije pouze z fotosyntézy. To staví před vědce zapeklitou záhadu. V rostlinách mohou chloroplasty fungovat jen díky permanentnímu přísunu bílkovin syntetizovaných rostlinnou buňkou. Živočichové nemají pro tyto bílkoviny potřebné geny a vyrábět je nemohou.
Přesto přežívají v těle plže Elysia chlorotica až jeden rok. Z některých genetických výzkumů vyplývá, že plž získal geny nezbytné pro fotosyntézu z buněčného jádra řasy. Proteiny vyrobené podle „zcizených“ genů pak plž využije k udržení chloroplastů v plném provozu.
Zelené buňky savců
Donutit buňky savců, aby přijaly za své rostlinné chloroplasty a těžily z fotosyntézy, je zapeklitý úkol. Přitom by jeho zvládnutí našlo praktické uplatnění. Když vědci pěstují v laboratorních podmínkách živočišné tkáně včetně lidských, potýkají se s problémem při zajišťování přísunu kyslíku do většího objemu buněk tvořených mnoha na sebe přisedlými vrstvami. Hypoxie čili nedostatek kyslíku brzdí buněčné dělení.
Tkáně potřebné pro pěstování umělých orgánů, kůže pro léčbu popálenin ale i laboratorně pěstovaného masa pak nerostou. Vědci předpokládají, že kdyby k pěstovaným buňkám přidali buňky s chloroplasty, kyslík vznikající fotosyntézou by mohly využívat okolní buňky. Podmínky uvnitř tkáně by se dramaticky zlepšily, buňky by se lépe množily a tkáně by rychleji nabývaly na objemu.
Tým japonských vědců vedený Sachihirem Matsunagou z Tokijské univerzity vložil chloroplasty z červených řas Cyanidioschyzon merolae do laboratorně kultivovaných buněk křečíků čínských. Výzkumníci zkoumali strukturu chloroplastů v buňkách pomocí různých zobrazovacích technik včetně konfokální mikroskopie, superrozlišovací mikroskopie a elektronové mikroskopie. Také potvrdili, že světlo spouští v těchto chloroplastech biochemické reakce nutné pro fotosyntézu.
„Pokud je nám známo, jde o první potvrzenou fotosyntézu v chloroplastech implantovaných do živočišných buněk," říká Sachihiro Matsunaga. „Mysleli jsme si, že chloroplasty budou během pár hodin stráveny živočišnými buňkami. Ale zjistili jsme, že chloroplasty si udržely své funkce po dobu až dvou dní a že v nich běží fotosyntetické aktivity."
Jak je možné, že u plže Elysia chlorotica potřebují chloroplasty k přežití geny z řasy a v savčích buňkách se bez těchto genů obejdou, není zatím jasné. To se ale jistě postupem času dozvíme. Pak bude možné život chloroplastů v živočišných buňkách včetně lidských dramaticky prodloužit. A tak nelze vyloučit, že se někdy v budoucnu budou lidé slunit nejen kvůli vitamínu D, ale také kvůli cukrům pro doplnění jídelníčku.