晒晒太阳就能活，为什么人类不能进行光合作用？皮不够厚

“小绿人”在关于外星人的电影中占有重要地位，从《星际大战》中充满智慧的绝地武士领导者尤达到《怪兽电力公司》中身材娇小、只有一只眼睛的大眼仔，从漫威世界中身材魁梧、力大无穷的超级英雄浩克到《史瑞克》中面恶心善的怪物史瑞克。

全身覆盖着绿色皮肤的人物角色被赋予了各式各样的能力，但是为什么人类不是绿色的呢？为什么我们不能像植物一样进行光合作用？毕竟，这会省去我们很多麻烦。

内共生理论——细胞住进细胞

最熟悉的绿色生物当然是植物。植物是绿色的，因为它们的细胞中充满了内部细胞器——叶绿体，叶绿体是光合作用的中心。

叶绿体有着相当有趣的进化史，因为它们曾经是独立于植物的自由生活的蓝细菌，亿万年前被植物的祖先吞到肚子里，开始了互利共生的进化生活。

蓝藻因“发明”光合作用而闻名，光合作用是一种吸收阳光中的能量利用水和二氧化碳制造有机物的过程。任何一个发明家都可以告诉你，如果你有一个伟大的想法，那么很快，很多人都会登门拜访你，寻求与你合作。

在一个惊人的发现中，美国生物学家、提出内共生理论的林恩·马古利斯意识到植物内部的叶绿体是在植物谱系进化早期被捕获并受到驯化的蓝细菌。

这种陆生植物的单细胞祖先似乎吞噬了一种蓝细菌，但没有消化它，而是意识到蓝细菌对自己有益，决定利用它。

对所有高等生物来说，更基本的是一种叫做线粒体的细胞器。马古利斯意识到，这也曾经是一种自由生活的细菌——在这种情况下，这种细菌可以利用锁定在葡萄糖等含糖底物中的化学能。

所以植物细胞实际上是嵌合体——由原始宿主加上两个捕获的细菌组成的单一有机体。这个理论被称为内共生理论。

叶绿体带来的快乐

叶绿体被驯化后，给植物带来了巨大而直接的好处。动物只有线粒体而没有叶绿体，线粒体允许细胞氧化葡萄糖并利用产生的化学能来促进新陈代谢。但是他们必须找到葡萄糖的来源。这意味着他们一天中的大部分时间都用来寻找、摄取和分解食物。

植物对此不必费心。它们可以简单地用它们的叶绿体来制造葡萄糖，然后当需要时，它们可以将葡萄糖传递到线粒体进行生化反应释放化学能。

“巧干能捕雄狮，蛮干难捉蟋蟀。”

既然植物可以绕过寻找葡萄糖自己制造，那么动物当然也可以。事实上，许多动物正是这样做的。

叶绿体是一个好的发明，许多其他生物设法乞求、借用或窃取叶绿体，主要是从已经有叶绿体的自由生活的单细胞藻类那里。这一过程被称为次级内共生，以区别于初级内共生，在初级内共生中，植物祖先吞噬了一种自由生活的蓝细菌。

尚不完全清楚为什么次级内共生现象出现多次，而初级内共生现象只出现一次；尽管科学家们发现了第二个正在形成的初级内共生的例子。在这个例子中，宿主是一种叫做宝利内拉的奇怪的变形虫，它似乎在驯化一种新的蓝细菌，从而再现了导致陆生植物产生的古代事件。

生物进化树

通过次级内共生，叶绿体在生物进化树周围的转移产生了一大批在生态上具有重要意义的生物体，其中大多数是单细胞生物。这些生物，例如硅藻、甲藻和裸藻，对我们大多数人来说是未知的，它们是从藻类中获得叶绿体而独立产生的。

硅藻显微图

也许对我们的故事来说最有趣的是，这些单细胞光合作用生物本身已经被多细胞动物占据了。这些共生体已经独立进化了很多次，宿主和共生体之间的关系可以有多种形式。

进行光合作用的动物

生活在海底的雌雄同体生物——海蛞蝓，以藻类为食，并且吃什么颜色的藻类就变成什么颜色。海蛞蝓是科学家发现的第一种可生成叶绿素的动物，并可以从它们摄食的藻类中“窃取”叶绿体。

海蛞蝓不能长时间维持叶绿体的工作状态，所以它们需要持续的供给，并且对于叶绿体是否真的是蛞蝓生存所必需的，仍然存在争议。

海底变色龙——海蛞蝓

在食物链的一端，许多海洋生物，如珊瑚、巨蛤和海鞘，完全依赖于它们的共生体，没有它们就会灭亡。

所以，蛞蝓和海鞘都能从光合作用中受益，为什么我们不能呢？

答案在于考虑像人类这样的大型活跃多细胞高级动物的能量收支情况。每天，一个成年人都需要消耗相当于自身体重的一种叫做三磷酸腺苷的分子来维持基本的生命活动，这种分子储存葡萄糖氧化释放的化学能，并在需要时把能量释放出去。

半个篮球场大小的皮肤加上整日曝晒

为了产生大约70公斤（或多或少）的三磷酸腺苷，一个成年男性每天需要摄取吸收大约700克的葡萄糖。

给定高等植物中已知的最大光合作用速率，并假设一位身高175、体重70千克的成年男性皮肤的表面积约为1.96平方米，照此计算，一个全身覆盖着绿色皮肤的男性通过光合作用只能产生1%的日葡萄糖需求。

体表面积（m2）=0.0061*身高（cm）+0.0128*体重(kg)-0.1529

所以为了满足能量需求，一个依靠光合作用维持生命基本活动的成年男性必须有更多的皮肤，皮肤表面积至少要达到196平方米，大致相当于半个篮球场，并且每天还要保证充足的光照时间和一定的光照强度。

从进化角度考虑，人类不进行光合作用是有道理的，因为光合作用效率太低，看看白菜和猪肉的营养成分表就一目了然了，远比不上从外界获取来得快。如果要依靠光合作用提供能量，估计人类走一步就要休息半天。

因此，我们必须不情愿地得出结论，要么外星人看起来比电影中描绘的要怪异得多，要么在其他小绿人殖民的星球上进化的光合作用比在地球上进化的光合作用更有效。