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你想过吗？为什么地球上的植物是绿色的，而不是其他什么颜色，比如黑色？

花匠小妙招
2025-01-08 08:37

为什么地球上的植物是绿色的，而不是其他什么颜色？

植物的绿叶中含有4种色素，叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这些色素吸收的光都可以用于光合作用。因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。如下图。

为什么叶绿素不把所有光都吸收呢？

理论上，绿叶把可见光都吸收，不是可以获得更多能量吗？

最想不通的是，叶绿素对波长比绿光要长的红光吸收，对波长比绿光要短的蓝紫光也吸收，唯独放过绿光，这是为什么呢？

若叶绿素能吸收绿光，有人认为绿叶产生的光合作用效率一定会奇高无比，比红光蓝紫光还更高。

也有人认为，植物吸收绿光以外的光，足够植物的生长之用，若吸收绿光的话，叶绿素可能会因吸收能量多而遭到破坏。根据地球上最早产生叶绿素的蓝菌，它出现在原始海洋中，隐藏在海面下，为了避免浮在海面被太阳灼伤，看来，不吸收绿光是有一定道理。

为什么植物要抛弃绿光，而不是红光、紫光、黄光、蓝光呢？

这个问题，不但小编不理解，现在科学家同样是百思不得其解。

太阳射到地球上可见光中，绿光波段中的能量是含量最高的部分，不利用绿光反而去利用能量更少的蓝光和红光，舍高用低，不符合生物进化思想。这显得这奇怪了。

上图：黑线代表阳光在地球表面的辐射，2条绿线代表了叶绿素对阳光的吸收率。

生物学家 Shil DasSarma 提出一个假说：地球上最早开始光合作用的生物吸收绿光的，植物不是绿色的，而是紫色的。现在“绿色植物”应当改称“紫色植物”。

这是啥意思？怎么把绿色地球染成紫色？

没错，这就是紫色地球假说。DasSarma 认为，地球上首先进行光合作用的物质是视黄醛（retinal），不是叶绿素。视黄醛主要吸收绿光，所以首先能进行光合作用的生物根本不是绿色的，而是紫色的。

视黄醛是个什么东西？

视黄醛是色素的一种，一种古老的色素，化学本质是维生素A，分子式：C20H28O。它可以吸收太阳能，对动物视觉很重要，它是最早的动物视色素，现在构成动物的视色素系统。但是，在脊椎动物体内无法合成视黄醛，必须从外界摄取含有视黄醛的食物而获取，比如多吃胡萝卜。吸收进入机体内的β-胡萝卜素经氧化断裂生成视黄醛。所以当你妈叫你吃胡萝卜时，请你别拒绝，因为你是脊椎动物，而不是胡萝卜比较便宜的缘故。

能够制造视黄醛的生物是谁呢？

目前地球上能直接制造视黄醛的生物是盐杆菌（halobacterium）。它是一种古菌，在它深紫色的细胞膜里面充满了视黄醛。

盐杆菌菌落

视黄醛主要吸收绿光，不吸收红光和紫光，所以盐杆菌才是紫色的。盐杆菌除了能吸收绿光之外，还生活在盐沼湖里。盐杆菌是一种比叶绿素生物更古老的生物，它为什么现在只生活在盐沼湖呢？

上图为西非塞内加尔的玫瑰湖。
玫瑰湖为什么会出现粉红色呢？
玫瑰湖美丽的色彩是那些嗜盐微生物（当中以杜氏盐菌为主）的杰作。原始的地球是无氧的，现在地球上的盐杆菌经过不断的进化适应氧气环境，这一点上看，和它们的祖先有所不同。

所以说，盐杆菌能利用阳光中能量最多的绿光，而且还可以生活在极端环境里，这意味着，它们就是地球上最早利用光能的生物。

统治原始海洋的盐杆菌主要吸收绿光，而不要红光和紫光，后来出现的光合作用生物就没有绿光利用，只能进化出吸收利用盐杆菌不要的红光和紫光了，它就是叶绿素。

为什么后来地球上都是绿色植物了呢？

盐杆菌能进行光合作用，但光合作用却不能产生氧气。另外，原始地球是无氧环境，古老的盐杆菌是厌氧古菌，氧气使它窒息。后来出现含有叶绿素进行光合作用的生物，竞争时避开了绿光，选择了红光和紫光，但是生存环境竞争依旧存在，它们抓住统治者盐杆菌致命的弱点，利用叶绿素吸收到的红光和紫光，将水分解成氧气，大量的氧气释放到水体和大气后，大量的盐杆菌被氧气毒死了，最终只留下极少数适应有氧环境且生活要极端条件下（含叶绿素生物无法生存的环境）的盐杆菌，如玫瑰湖中的杜氏盐杆菌。

经过进化，含有叶绿素生物中的叶绿素吸收的是能量较少的红光和蓝光，但是它的能量转化效率很高，所以后来的生物都含有叶绿素，而不是视黄醛。

当然，紫色地球假说还只是一个假说，我们无法再现生命长河中的古老地球，缺少支持它的证据。

按照紫色地球假说的思路，在其他星球上可能存在黑色生命。比如红矮星的某个行星，因红矮星释放的光能不足，这个行星上的生物为了适应弱光环境，进化出了把红矮星发射出的所有光线全部吸收的色素，因为光全部吸收，没有反射，我们看到的将是一个黑色的星球，这个行星上能进行光合作用的生物就是黑色的了。

感谢“把科学带回家”（公众号）提供的素材。

本期编辑：罗军辉