Я полагаю, что это вариант извечного вопроса: «Почему листья зеленые?» Довольно легко спросить в Интернете и найти множество ответов на этот вопрос.
У меня другой, но родственный вопрос: почему листья не черные? То есть разновидности хлорофилла в клетках листьев в основном поглощают красные и синие длины волн. Почему в фотосинтезе нет пигмента, который поглощает зеленый цвет?
Вместо этого зеленый отражается обратно в атмосферу. В противном случае его энергия теряется для растения. Природа ужасно хорошо оптимизирована для такого количества ниш; почему эта полоса света будет потрачена впустую?
Есть растения, которые поглощают зеленый цвет (и имеют темные листья). Эти пигменты, такие как антоцианы, беталаины и каротиноиды, не участвуют в фотосинтезе и выполняют другие функции (например, защищают от экстремальных температур или действуют как антиоксиданты). Я пропустил какой-то пигмент в моем списке, который поглощает зеленый цвет и участвует в фотосинтезе? Если бы было такое растение с таким пигментом, почему бы этим растениям не доминировать? Есть ли большие затраты на производство пигмента, поглощающего зеленый цвет, который в основном сводит на нет преимущество полученной дополнительной энергии?
Еще немного поискав на SO, я нашел главный ответ на этот вопрос . Другими словами, в нем говорится, что свет поступает в виде квантов, химия фотосинтеза управляется определенным порогом энергии, а любая избыточная энергия фотона уходит на отработанное тепло (которое приводит к денатурации некоторых участвующих белков). Ответ указывает на другой ответ с аналогичными рассуждениями. Однако их объяснения не учитывают тот факт, что хлорофиллы сильно поглощают синий цвет в дополнение к красному, где синие фотоны имеют почти вдвое большую энергию, чем красные.
Более того, в ответе говорится:
Конечно, это еще не объяснение, почему листья не просто черные — поглощать весь свет наверняка еще эффективнее, не так ли? Я недостаточно разбираюсь в органической химии, но могу предположить, что не существует органических веществ с таким широким спектром поглощения, и добавление другого пигмента может не окупиться.
Разве нет ничего, кроме обоснованных догадок в ответе? И почему бы не использовать комбинацию пигментов вместо одного, поглощающего широкий спектр пигмента? Например, некоторые метаболические пути используют параллельные процессы. Цитата из Википедии :
Иногда одну и ту же реакцию могут катализировать несколько ферментов параллельно; это может обеспечить более сложную регуляцию: например, низкая постоянная активность, обеспечиваемая одним ферментом, но индуцируемая высокая активность второго фермента.
Эволюционный ответ: мне нравится идти на шаг впереди зеленых растений и рассматривать скромную водоросль. Исторически водоросли классифицировались как зеленые, красные и коричневые в зависимости от длины волны, которую поглощали их характерные пигменты. Считается, что наземные растения произошли от общего предка водорослей, поэтому вы можете удивиться, почему у нас нет подобных широких категорий зеленых, красных и коричневых растений.
Наше лучшее предположение состоит в том, что организмы, которые мы называем «растениями», произошли от одного эволюционного события и имеют общего предка с зелеными водорослями, а не другую группу. Эти зеленые растительноподобные существа, вероятно, были первыми крупными наземными организмами, которые попробовали фотосинтез, и преуспели достаточно, чтобы превзойти любое другое растительноподобное существо, которое могло появиться в их среде. Быть зеленым было «достаточно хорошо» для фотосинтеза, позволяя этим организмам выживать и процветать.
Метаответ: вопросы «почему» в биологии часто имеют вероятностные (и интуитивно неудовлетворительные) ответы. Очень сложно собрать данные, которые могут «доказать», почему определенные вещи развивались именно так, а не иначе. Кроме того, эволюция — это не инженерный или дизайнерский процесс. Он оставляет тупиковые пути и не всегда находит правильное решение. Эффект основателя может быть очень сильным. Но организмы, которые существуют достаточно долго, чтобы мы могли их изучать, как правило, «достаточно хороши» в том, что они делают. Здесь самое экономное объяснение того, почему листья не черные, заключается в том, что наземные растения произошли от зеленых водорослей и им не нужно было производить больше других пигментов, чтобы захватить мир.
Биохимическое примечание: растения могут страдать от фотоокислительного стресса при воздействии интенсивного света из-за образования активных форм кислорода, которые нарушают метаболизм. Следовательно, некоторые незеленые пигменты, такие как ксантофиллы, на самом деле ответственны за тушение хлорофилла и рассеяние энергии от светособирающих комплексов. Больше энергии не всегда хорошо.
Броненосец Джим