自然界中有没有能够自主进行化能合成作用的真核生物？如果没有，那为什么没有？
在我看来，我们谈论自然界中的生命，尤其是那些奇妙的能量获取方式时，总会让人觉得像是在探索宇宙深处的奥秘。而其中一个特别令人着迷的话题，就是化能合成作用——那些不依赖阳光，而是依靠化学反应来获取能量的生命形式。
大家可能都听过光合作用，就是植物啊，藻类啊，通过阳光和二氧化碳制造食物，这个大家都熟悉。但化能合成，就有点不一样了。想象一下，在地球上那些伸手不见五指的深海热泉，或者地底深处的岩石缝隙里，没有一丝阳光能够穿透，但那里却依然有生命在蓬勃地存在着。这些生命，就是靠着周围化学物质的氧化还原反应来获取能量，然后用这些能量去构建自己的身体，制造养分。就像是它们在黑暗中找到了一条特别的“能量食物链”。
说到能进行化能合成的生物，我们脑海里首先浮现的，几乎都是那些在地球生命演化早期就出现的“老前辈”——细菌和古菌。比如，那些存在于硫磺泉里的硫细菌，它们能氧化硫化物来获得能量；还有生活在海底热泉口的古菌，它们能利用氢气或者甲烷来维持生命。这些微生物，可谓是化能合成的“开创者”，也是这个领域里的“主力军”。
那么，问题就来了：在我们这些比较“高级”的真核生物里，有没有像它们一样，能够自己进行化能合成的呢？
我查阅和思考了很多资料，也和不少对生命科学很了解的朋友们聊过，综合来看，目前的科学认知是这样的：在自然界中，我们还没有发现能够自主、独立地进行化能合成作用的真核生物。
这听起来可能有点出乎意料，毕竟真核生物，比如我们人类、动物、植物、真菌等等，在演化上要比细菌和古菌“晚到”得多，而且也发展出了更为复杂和精密的细胞结构。按理说，它们应该能掌握更多样的生存技能才对。但事实却似乎不是这样。
那为什么会这样呢？这背后其实涉及到了生命演化的一些深刻道理，以及能量利用的“效率”和“成本”问题。
首先，我们得想想化能合成的“历史地位”。化能合成作用被认为是地球上最早出现的能量获取方式之一，可能比光合作用出现得还要早。在地球早期，大气层中还没有太多的氧气，阳光强度也不稳定，而地壳活动又很频繁，提供了大量的化学能，这对细菌和古菌来说是绝佳的生存环境。它们在漫长的时间里，演化出了各种各样复杂的生化途径来利用这些化学能。可以说，化能合成是它们“祖传手艺”，根深蒂固。
而真核生物的出现，则是在地球生命演化到了一个新的阶段。当光合作用变得越来越普遍，特别是产氧光合作用的出现，大气中的氧气浓度逐渐升高，阳光也变得越来越容易获取。这时，利用光能来制造能量的方式——光合作用，就成为了一个更高效、更普遍的能量获取途径。对于许多真核生物来说，它们选择了一条“捷径”，或者说是一条更具竞争力的发展道路，那就是依赖光合作用。
你看，植物就是最典型的例子。它们通过叶绿体捕捉阳光，高效地将光能转化为化学能，这是非常强大的能力。即使是那些不能直接进行光合作用的真核生物，比如动物和真菌，它们也是通过吃掉植物或者其他动物来间接获取光合作用产生的能量。所以，整个真核生物的能量基础，很大程度上都建立在了光合作用之上。
第二点，也是非常关键的一点，是化能合成的能量产出和效率。化能合成的能量来源，通常是相对比较“弱”的化学反应，比如氧化硫化物、铁、氢气、氨等。这些反应释放的能量，虽然足以支持微生物的生存和繁衍，但相比于光合作用，其能量的“密度”和“可获取性”可能要差一些。想象一下，你去采摘成熟的果实，还是去挖矿石来提炼能量？在多数情况下，采摘果实（光合作用）的效率会更高。
对于体型更大、结构更复杂、能量需求更高的真核生物来说，仅仅依靠化能合成来提供能量，可能很难满足它们的生存需求，也难以支撑它们演化出更复杂的功能。化能合成所需的化学反应，可能也需要一些特定的环境条件，不像阳光那样普遍存在。所以，如果一个真核生物要自主进行化能合成，它就需要发展出一整套复杂的生化系统，同时还要找到稳定的化学能源供应，这在演化上可能是一个“高投入、低回报”的选择。
第三，我们还需要考虑细胞器的演化机制。真核生物的复杂性很大程度上源于其细胞器，比如线粒体和叶绿体。线粒体就是通过氧化有机物来获取大量能量（呼吸作用），这是在化能合成的某些方面有所类似，但本质上它还是“分解”有机物，而不是“合成”有机物。而叶绿体则是光合作用的场所。
目前普遍接受的“内共生学说”认为，线粒体和叶绿体最初可能就是独立的、能够化能合成或光合作用的原核生物，后来被一个更大的细胞吞噬，并最终演变成了真核细胞的一部分。这个过程是“吞噬+合作”，而不是真核细胞“自己”从零开始演化出化能合成的能力。简单来说，真核生物是“借”了原核生物的化能/光能合成能力，然后通过内共生将其整合进了自己的体系。而在这个过程中，化能合成的能力似乎没有被完整地保留或者发展成真核生物独立具备的能力。
当然，科学研究总是在不断进步的。或许有一天，我们能发现一些“特例”，或者一些真核生物拥有某些“残存”的、与化能合成相关的酶系统，但至少在目前，我们没有看到能够像细菌和古菌那样，将化能合成作为主要甚至唯一能量来源的真核生物。
所以，总的来说，真核生物没有自主进行化能合成作用，更像是一种“演化选择的结果”。在有更高效的光合作用和更易获取的有机物作为能量来源的情况下，它们选择了另一条更适合自己发展的道路，而将化能合成这个“古老而艰辛”的技艺，留给了那些在地球生命早期就已是“化石级”的细菌和古菌们。这也许就是生命的奇妙之处吧，每一种生物都有它最适合自己的生存之道。
大家可能都听过光合作用，就是植物啊，藻类啊，通过阳光和二氧化碳制造食物，这个大家都熟悉。但化能合成，就有点不一样了。想象一下，在地球上那些伸手不见五指的深海热泉，或者地底深处的岩石缝隙里，没有一丝阳光能够穿透，但那里却依然有生命在蓬勃地存在着。这些生命，就是靠着周围化学物质的氧化还原反应来获取能量，然后用这些能量去构建自己的身体，制造养分。就像是它们在黑暗中找到了一条特别的“能量食物链”。
说到能进行化能合成的生物，我们脑海里首先浮现的，几乎都是那些在地球生命演化早期就出现的“老前辈”——细菌和古菌。比如，那些存在于硫磺泉里的硫细菌，它们能氧化硫化物来获得能量；还有生活在海底热泉口的古菌，它们能利用氢气或者甲烷来维持生命。这些微生物，可谓是化能合成的“开创者”，也是这个领域里的“主力军”。
那么，问题就来了：在我们这些比较“高级”的真核生物里，有没有像它们一样，能够自己进行化能合成的呢？
我查阅和思考了很多资料，也和不少对生命科学很了解的朋友们聊过，综合来看，目前的科学认知是这样的：在自然界中，我们还没有发现能够自主、独立地进行化能合成作用的真核生物。
这听起来可能有点出乎意料，毕竟真核生物，比如我们人类、动物、植物、真菌等等，在演化上要比细菌和古菌“晚到”得多，而且也发展出了更为复杂和精密的细胞结构。按理说，它们应该能掌握更多样的生存技能才对。但事实却似乎不是这样。
那为什么会这样呢？这背后其实涉及到了生命演化的一些深刻道理，以及能量利用的“效率”和“成本”问题。
首先，我们得想想化能合成的“历史地位”。化能合成作用被认为是地球上最早出现的能量获取方式之一，可能比光合作用出现得还要早。在地球早期，大气层中还没有太多的氧气，阳光强度也不稳定，而地壳活动又很频繁，提供了大量的化学能，这对细菌和古菌来说是绝佳的生存环境。它们在漫长的时间里，演化出了各种各样复杂的生化途径来利用这些化学能。可以说，化能合成是它们“祖传手艺”，根深蒂固。
而真核生物的出现，则是在地球生命演化到了一个新的阶段。当光合作用变得越来越普遍，特别是产氧光合作用的出现，大气中的氧气浓度逐渐升高，阳光也变得越来越容易获取。这时，利用光能来制造能量的方式——光合作用，就成为了一个更高效、更普遍的能量获取途径。对于许多真核生物来说，它们选择了一条“捷径”，或者说是一条更具竞争力的发展道路，那就是依赖光合作用。
你看，植物就是最典型的例子。它们通过叶绿体捕捉阳光，高效地将光能转化为化学能，这是非常强大的能力。即使是那些不能直接进行光合作用的真核生物，比如动物和真菌，它们也是通过吃掉植物或者其他动物来间接获取光合作用产生的能量。所以，整个真核生物的能量基础，很大程度上都建立在了光合作用之上。
第二点，也是非常关键的一点，是化能合成的能量产出和效率。化能合成的能量来源，通常是相对比较“弱”的化学反应，比如氧化硫化物、铁、氢气、氨等。这些反应释放的能量，虽然足以支持微生物的生存和繁衍，但相比于光合作用，其能量的“密度”和“可获取性”可能要差一些。想象一下，你去采摘成熟的果实，还是去挖矿石来提炼能量？在多数情况下，采摘果实（光合作用）的效率会更高。
对于体型更大、结构更复杂、能量需求更高的真核生物来说，仅仅依靠化能合成来提供能量，可能很难满足它们的生存需求，也难以支撑它们演化出更复杂的功能。化能合成所需的化学反应，可能也需要一些特定的环境条件，不像阳光那样普遍存在。所以，如果一个真核生物要自主进行化能合成，它就需要发展出一整套复杂的生化系统，同时还要找到稳定的化学能源供应，这在演化上可能是一个“高投入、低回报”的选择。
第三，我们还需要考虑细胞器的演化机制。真核生物的复杂性很大程度上源于其细胞器，比如线粒体和叶绿体。线粒体就是通过氧化有机物来获取大量能量（呼吸作用），这是在化能合成的某些方面有所类似，但本质上它还是“分解”有机物，而不是“合成”有机物。而叶绿体则是光合作用的场所。
目前普遍接受的“内共生学说”认为，线粒体和叶绿体最初可能就是独立的、能够化能合成或光合作用的原核生物，后来被一个更大的细胞吞噬，并最终演变成了真核细胞的一部分。这个过程是“吞噬+合作”，而不是真核细胞“自己”从零开始演化出化能合成的能力。简单来说，真核生物是“借”了原核生物的化能/光能合成能力，然后通过内共生将其整合进了自己的体系。而在这个过程中，化能合成的能力似乎没有被完整地保留或者发展成真核生物独立具备的能力。
当然，科学研究总是在不断进步的。或许有一天，我们能发现一些“特例”，或者一些真核生物拥有某些“残存”的、与化能合成相关的酶系统，但至少在目前，我们没有看到能够像细菌和古菌那样，将化能合成作为主要甚至唯一能量来源的真核生物。
所以，总的来说，真核生物没有自主进行化能合成作用，更像是一种“演化选择的结果”。在有更高效的光合作用和更易获取的有机物作为能量来源的情况下，它们选择了另一条更适合自己发展的道路，而将化能合成这个“古老而艰辛”的技艺，留给了那些在地球生命早期就已是“化石级”的细菌和古菌们。这也许就是生命的奇妙之处吧，每一种生物都有它最适合自己的生存之道。
网友意见
目前没有发现将内共生的化能自养生物变成细胞器的真核生物。
依靠消化道里共生的化能自养细菌维持生命的真核生物是有的。
- 巨型管虫属的 Riftia pachyptila 主要栖息于深海热泉附近，周围环境温度在 2 到 30 摄氏度、富含硫化氢；为了和硝化细菌共生，它们还要耐受极高浓度的硝酸盐。Riftia pachyptila 身长可达 2 米至 2.4 米，最长约 2.7 米，在共生菌进入消化道后将口和肛门退化，部分肠道膨大来容纳共生菌，用极其复杂的血红蛋白运输二氧化碳、氧气、硫化氢供共生菌使用。
- 羽织虫属的 Lamellibrachia luymesi 也有类似的体型，栖息于洋底冷泉周围。
- 除了前者的环境耐性和特化的结构，二者的差异还体现在生长速度和寿命上——前者两年就可以生长 1.5 米，但是寿命较短；后者要花一百多年才能生长 2 米，但是寿命可达 250 年。
你看看巨型管虫的情况就知道：
化能自养所需的离子浓度和反应产生的一些代谢产物对真核细胞来说很可能有害，在细胞外共生都不是真核生物能随便承受的，更别提在细胞内搞了。
- 即便有那样的真核生物，它们的生活环境大抵是相当极端的，不易被人找到。
此外，化能自养使用的一些酶需要低氧环境，跟真核细胞的线粒体的氧需求有矛盾。地球上有少数真核生物舍弃了线粒体，但它们往往是作为寄生生物从真核宿主体内取得能量供应。
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在我看来，我们谈论自然界中的生命，尤其是那些奇妙的能量获取方式时，总会让人觉得像是在探索宇宙深处的奥秘。而其中一个特别令人着迷的话题，就是化能合成作用——那些不依赖阳光，而是依靠化学反应来获取能量的生命形式。大家可能都听过光合作用，就是植物啊，藻类啊，通过阳光和二氧化碳制造食物，这个大家都熟悉。但化............. -
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