為什麼植物是綠色的，而非藍紅色？最新的答案可能適用於任何星球

一種新的光合作用模型指出了一種可能適用於整個宇宙的關於光採集生物體的進化原理。

我知道你會說葉綠素，但是為什麼會選擇綠色？

從亞馬遜叢林中的大樹，到室內的植物，再到海洋中的海藻，綠色是統治植物王國的顏色。那麼，植物為什麼是綠色的呢？我知道你肯定會說葉綠素，但我想問的是：植物為什麼會選擇綠色，而不是藍色、洋紅色或灰色？答案其實也很簡單，雖然植物幾乎吸收了光譜中的紅色和藍色區域的所有光子，但它們只吸收了大約90%的綠色光子。如果它們吸收更多的光子，我們的眼睛就會覺得它們是黑色的。植物之所以是綠色的，是因為它們反射的少量光線是那種顏色。

綠色：佔太陽輻射的大部分能量，為什麼植物要浪費它呢？

但這似乎是一種不令人滿意的浪費，因為太陽輻射的大部分能量都在光譜的綠色部分。當被要求到進一步解釋時，生物學家有時會認為，綠光對植物來說可能太強大了，植物無法在對自身無害的情況下使用。但是，這只是一種猜測，具體原因一直不清楚。即使在對植物中的&34;進行了幾十年的分子研究之後，科學家們仍無法為植物的顏色建立一個詳細的理論基礎。

最新的論文——似乎給出了一個較為合理的解釋

然而最近，在《Science》雜誌上，科學家們終於提供了一個比較完整的答案。他們建立了一個模型來解釋為什麼植物的光合作用機制會浪費綠光。他們萬萬沒有想到的是，他們的模型也能解釋其他光合生物形式的顏色。他們的發現指出了一個可能適用於整個宇宙的光合生物的進化原則。他們還提供了一種經驗——至少在某些時候，進化更關心的是保持生物系統的穩定，而不是使其更高效。

加利福尼亞大學河濱分校的物理學家納撒尼爾·蓋伯（Nathaniel Gabor）多年前在完成博士學位時，偶然間發現了植物顏色的奧秘。根據他對碳納米管吸收光的研究中，他開始思考理想的太陽能收集器會是什麼樣子——一個能吸收太陽光譜中峰值能量的收集裝置。他表示：&34;狹窄&34;

加利福尼亞大學河濱分校的物理學家納撒尼爾·蓋伯(Nathaniel Gabor)和他的同事們開發了一種用於光合生物中收集光線的模型，該模型將降低&34;的效率最大化。

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2016年，蓋伯（Gabor）和他的同事為調節能量流動的光電細胞建立了最佳條件的模型。但是為了了解植物為什麼會反射綠光，蓋伯（Gabor）和包括格拉斯哥大學植物學家理察·科格德爾（Richard Cogdell）在內的團隊更仔細地研究了光合作用過程中發生的事情，並將其視為網絡理論中的一個問題。

光合作用的第一步發生在一個集光複合體中，這是一個蛋白質的網狀結構，色素被嵌入其中，形成一個天線色素。綠色植物中的色素——葉綠素——吸收光並將能量轉移到反應中心，在那裡開始產生供細胞使用的化學能。這種光合作用的量子力學第一階段的效率近乎完美——幾乎所有吸收的光都被轉化為系統可以使用的電子。

但細胞內的這個天線複合體是不斷移動的，蓋伯（Gabor）認為：&34;並給系統帶來噪音和低效率。照射在植物上的光線強度的快速波動——例如，由於遮蔭量的變化，也會使輸入產生噪音。蓋伯（Gabor）表示，對於細胞來說，穩定的電能輸入與穩定的化學能相結合輸出是最好的：到達反應中心的電子太少會導致能量失效，而&34;，從而損傷組織。

蓋伯（Gabor）和他的團隊開發了一個植物採光系統的模型，並將其應用於樹葉冠層下的太陽光譜測量。他們的研究清楚了為什麼對納米管太陽能電池有效的東西對植物不起作用：專門收集綠光下的峰值能量可能效率很高，但這對植物是有害的，因為當陽光閃爍時，來自輸入信號的噪聲波動太大，使複合體無法調節能量流。

相反，為了安全、穩定地輸出能量，光合作用系統的色素必須以某種方式進行非常精細的調節。這些色素需要吸收類似波長的光，以減少內部噪音。但它們也需要以不同的速率吸收光，以緩衝由波動引起的外部噪音。但它們也需要以不同的速率吸收光，以緩衝光強度波動造成的外部噪聲。那麼，對色素來說，吸收的最佳光線是太陽光譜強度曲線最陡峭的部分——光譜的紅色和藍色部分。

該模型的預測與葉綠素a和b的吸收峰相吻合，而綠色植物正是利用葉綠素a和b來採集紅光和藍光。看來，光合作用機制的進化不是為了達到最高效率，而是為了獲得最佳的平穩可靠的輸出。

令人驚訝的是——該模型對其他光合生物也適用

起初，科格德爾（Cogdell）並不完全相信這種方法對其他光合生物也能成立，比如生活在水下的紫色細菌和綠色硫磺細菌，它們的色素所反射的顏色而得名。將這個模型應用到那些細菌生活的地方，研究人員預測了最佳吸收峰應該是什麼。再一次，他們的預測與細胞色素的活性相吻合。

&34; 科格德爾（Cogdell）說。

(有一些植物看起來不是綠色的，比如銅山毛櫸，因為它們含有類胡蘿蔔素等色素。但這些色素不並是用來進行光合作用的：它們通常像防曬霜一樣保護植物，緩衝它們在光照下的緩慢變化。)

&34;倫敦瑪麗皇后大學的生物物理學家克里斯多福·達菲（Christopher Duffy）說，他為《Science》雜誌撰寫了一篇隨附的對該模型的評論。&34;

太陽能設備的未來：我們可以從植物中，學習如何改進

研究人員希望該模型可以用來輔助設計更好的太陽能電池板和其他太陽能設備。儘管光伏技術的效率已經有了很大的進步，&34;麻省理工學院的物理化學家加布裡埃拉·施勞-科恩（Gabriela Schlau-Cohen）表示。

下一步：嘗試猜測外星光合生物

蓋伯（Gabor）也已下定決心，有朝一日努力將這一模型應用於地球以外的生命。&34;他對此進行了設想。在他的模型的代碼中——這是公開的，有一個選項可以對任何選定的光譜進行精確的操作。目前，這項工作純粹是假設性的。&34;蓋伯（Gabor）對此十分有信心的解釋道。

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撰寫：GolevkaTech

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