植物的光合作用

长期以来，科学家将光合作用的强大能力视为造物主的奇迹，但美中不足的是，他们发现这项能力有一个微小的“缺陷”， 因为太阳辐射中的大部分能量都在光谱中的绿色部分，而植物或者说光合作用却“拒绝”了这部分能量，这对于一个能量系统来说似乎非常浪费。

叶绿体“拒绝”了绿光

为此，许多科学家普遍认为是绿光的能量过强，以至于可能会对植物造成伤害，这个方向倒是没错，但一直缺少实质性的证据来验证，即使经过数十年对植物捕光机制的分子研究，科学家对于背后的原理依然知之甚少。

直到2020年，由加州大学河滨分校物理学家 纳撒尼尔·加博尔（Nathaniel Gabor）领导的研究小组建立了一个模型， 解释为什么植物的光合作用会“抵制”绿光，相关研究发表在《科学》上。

建立模型的灵感来源于加博尔读博时对碳纳米管如何吸收光的研究， 他认为理想条件下，一种高效的太阳能收集器应该能吸收太阳光谱中峰值能量最高的部分，也就是绿光。而他突然意识到植物正在做类似的事情，唯一不同的是，它们不接受绿光。于是，加博尔与他的研究团队开发了一个植物光收集系统模型，并将其应用于树木冠层收集太阳辐射。

汹涌的太阳能量即便是拥有秘密武器的植物也要暂避锋芒

结果光捕获电池的能量存储效率低下，并且光谱绿色部分的吸收没有表现出特别高的强度，与理想中收集能量的预期不符， 原因在于太阳光的不稳定性，天空的云朵、斑驳的树影以及日照的时间，都会对太阳辐射强度带来影响，进而导致光捕获电池中功率产生波动，而对于电池来说，持续稳定的输入和输出才是最好的。

实际上，这正是植物光合作用过程中遇到的情况，外界太阳光的变化会让它们“感到心累”。另外在植物细胞内，叶绿素吸收光并将能量转移到反应中心，在这里开始产生供细胞使用的化学能，这一部分是完美的，但进行光合作用的场所——集光复合体却会在细胞内不断改变位置，这种运动会影响叶绿素们吸光的速率。

绿色植物体内的叶绿体，排布随心所欲

如此看来，可谓是“内忧外患”。 因此为了安全、稳定的能量输出，光合作用中的叶绿素必须有着非常精细的“微操”，一方面，它们需要吸收相似波长的光，来减少内部能量损耗，另一方面，它们还需要以不同的速率吸收光，以缓冲由于外部环境引起的光照强度波动。

看似平淡无奇，实则暗流涌动

也就是说，植物的光合作用可以选择吸收特定颜色的光，来保持自身能量系统的稳定，而它们吸收光的最佳位置位于太阳光谱强度曲线最陡峭的部分——红色和蓝色，这也是为什么绿色植物呈现绿色的原因。

基于这一研究，未来的太阳能电池性能方向或许将发生变化，因为面对炙热的太阳，稳定比效率更重要。

- 作者信息 -

鱼鱼 中国科普作家协会优秀科普作品银奖获得者，清蒸鱼头、麻辣鱼头等各种鱼头爱好者。

排版 | 萝卜娟

审核 | 六朵 苍翼蝴蝶 陨石

图片来源于网络

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