Почему у растений зеленые листья, а не красные?

Джо Кларк

Почему у растений зеленые листья, а не красные?

Я знаю, что растения зеленые из-за хлорофилла.

Конечно, для растений было бы полезнее быть красными, чем зелеными, поскольку, будучи зелеными, они отражают зеленый свет, а не поглощают его, хотя зеленый свет обладает большей энергией, чем красный свет.

Нет ли альтернативы хлорофиллу? Или что-то еще?

Адам Зальцман

Я нахожу еще более загадочным, почему растения не поглощают весь видимый спектр целиком (в результате чего листья становятся черными).

Джо Кларк

@CrazyJugglerDrummer - я думал об этом, но не хотел получать ответ хлорофилла, пока люди не читают =P

Марта Cz-C

Это еще более странно, потому что зеленые водоросли развивались в воде. А красный свет поглощается водой. Rhodophyta (красные водоросли) имеют красный цвет благодаря фикоэритрину, но, по-видимому, красный цвет им выгоден только в морских глубинах.

Тобиас Кинцлер

@AdamZalcman: Вероятно, нет органического вещества с таким спектром поглощения, и добавление дополнительных пигментов для покрытия всего спектра VIS может не окупиться.

Тобиас Кинцлер

@MartaCz-C: Я думаю, это из- за солнечного спектра , и, как вы сказали, вода сильнее поглощает красный свет, поэтому на глубине моря красный свет становится все более и более непригодным для использования, и можно ли отказаться от поглощающих красный пигментов в пользу зеленого поглотители

Нико

Конечно, это было бы более выгодно : нет, если бы красный пигмент менее эффективно преобразовывал свет в энергию...

Йорогирг

Я хотел бы указать на отговаривание, которое имело место в google+ Джона Баэза по этому вопросу plus.google.com/117663015413546257905/posts/emyoML3CrvY . Оно содержит соответствующие ссылки вместе со ссылками на фактические статьи, посвященные этому вопросу. Это хороший момент, чтобы начать дальнейшее расследование.

тигр

Если кому-то интересно короткое видео на эту тему (~6,5 мин), посмотрите видео от Physics Girl: Почему растения не черные? Отказ от ответственности: это не мое видео, но я думаю, что оно очень хорошо проработано и информативно.

лесотехник

Я знаю, что прошло уже пару лет, но я только что добавил новый ответ на этот вопрос, посвященный ранней эволюции растений. Надеюсь это поможет!!

polkovnikov.ph

Настоящий ответ заключается в том, что они этого не делают. Большинство растений имеют зеленые листья, но не все. Просто им не нужно эволюционировать в сторону листьев другого цвета, так же как человеку не нужно эволюционировать, чтобы избавиться от ногтей, волос и копчика. Есть даже черные растения .

Леос Ондра

Согласно новой модели фотосинтеза растения зеленеют, чтобы уменьшить шум: quantamagazine.org/…

Тобиас Кинцлер

Конечно, для растений было бы даже полезнее быть черными, а не красными или зелеными, с точки зрения поглощения энергии. И солнечные батареи действительно довольно темные.

Но, как указал Рори , фотоны с более высокой энергией будут производить только тепло. Это связано с тем, что химические реакции, приводимые в действие фотосинтезом, требуют только определенного количества энергии, и любое избыточное количество, доставляемое фотонами с более высокой энергией, не может быть просто использовано для другой реакции 1 , но будет выделять тепло. Я не знаю, сколько проблем это на самом деле вызывает, но есть еще один момент:

Как объяснялось, эффективность преобразования солнечной энергии определяет не количество энергии на фотон, а количество доступных фотонов. Итак, вы должны взглянуть на спектр солнечного света :

Спектр солнечного излучения

Излучение — это плотность энергии, однако нас интересует плотность фотонов, поэтому вам нужно разделить эту кривую на энергию на один фотон, что означает умножить ее на λ/(hc) (то есть для более высоких длин волн требуется больше фотонов для достижения того же облучение). Если вы сравните эту кривую, интегрированную по фотонам высокой энергии (скажем, λ < 580 нм), с интегрированием по фотонам низкой энергии, вы заметите, что, несмотря на атмосферные потери (красная кривая — это то, что осталось от солнечного света при уровне моря) «красных» фотонов намного больше, чем «зеленых», поэтому если сделать листья красными, то будет потрачено много потенциально преобразованной энергии 2 .

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. 3

1) Теоретически это возможно , но это очень нелинейный процесс и, следовательно, маловероятно, что он будет реально полезен (по крайней мере, в растительной среде)
2) Поскольку вода поглощает красный свет сильнее, чем зеленый и синий , глубоководные растения действительно лучше быть красным, как упомянула Марта Cz-C .
3 А другие альтернативы, такие как полупроводники, используемые в солнечных элементах, вряд ли можно встретить в растениях...

Дополнительное чтение, предложенное Дэйвом Джарвисом :

Александр Галкин

Я бы еще добавил тот факт, что синий свет достигает земной поверхности сильно рассеянным из-за рэлеевского рассеяния, поэтому абсолютное количество энергии, переносимой синим светом, сравнимо (или даже меньше) с другими частями видимого спектра.

Тобиас Кинцлер

@AlexanderGalkin: Верно, но это уже должно быть включено в красную кривую (вместе с атмосферным поглощением): для синего вы можете увидеть более сильное отклонение от солнечного света (желтая кривая), чем для красного/ИК (к сожалению, у меня нет набора данных но было бы лучше видно плотность фотонов)

Дэвид ЛеБауэр

Если бы листья были черными, им было бы слишком жарко.

Тобиас Кинцлер

@ Дэвид, только если поглощенная энергия не использовалась эффективно, что, как вы предполагаете, было бы причиной того, что листья не были бы черными. У вас также могли бы быть зеленые, но неэффективные и, следовательно, горячие листья, но эволюция уже избавилась бы от них.

Дэвид ЛеБауэр

Зеленые листья @TobiasKienzler остаются прохладными за счет транспирации, а не потому, что они эффективно используют солнечное излучение.

Уильям Миох

Также не забывайте - эволюция производит только то, что достаточно хорошо, а не оптимально. Если бы зеленый оказался достаточно хорош, то был бы толчок к развитию черных листьев.

Джек Эйдли

Я также хотел бы отметить, что есть и другие фотосинтезаторы, которые используют энергию, которой нет у растений, — так называемые пурпурные бактерии — и они могут предшествовать зеленым фотосинтезаторам. Вполне вероятно, что «зеленая щель» изначально развилась как средство использования света, не используемого конкурирующими организмами.

Ириги

Я думаю, как говорит С.Альбано : В нормальных условиях растения собирают больше фотонов, чем они могут обработать с помощью фотосинтетической химии. Избыток энергии создает синглетный кислород , который очень токсичен. Растения избавляются от избыточной энергии с помощью каротиноидов в цикле ксантофилла. Я думаю, что хлорофилл предпочтительнее, потому что он также играет в значительной степени структурную роль. (Особая пара в реакционном центре, фотосинтезирующие усики и т.д.)

Санмай

Стоит отметить, что листья белые в инфракрасном диапазоне. Только мы не можем увидеть это невооруженным глазом.

Тобиас Кинцлер

@sanmai Это довольно запутанное утверждение, что вы подразумеваете под «белым в инфракрасном диапазоне»? Светоотражающий?

Санмай

@TobiasKienzler да, они не поглощают инфракрасное излучение, потому что в нем недостаточно энергии для запуска фотосинтеза , и, кроме того, вы не хотите перегреваться; следовательно, отражение

Джон

Это все еще не объясняет, почему они зеленые, а не говорят желтые или фиолетовые.

макко

Вы говорите, что «глубоководным растениям действительно лучше быть красными», однако, согласно Википедии, глубоководных растений не существует. «Естественный свет не проникает в глубины океана , за исключением верхних частей мезопелагиали. Поскольку фотосинтез невозможен, растения не могут жить в этой зоне. Хотя некоторое количество света проникает в мезопелагическую зону , его недостаточно для фотосинтеза». - Википедия

Джон

Фотоны высокой энергии - это РЕЗУЛЬТАТ того, что они зеленые, а не причина. С другим пигментом вместо хлорофилла они могли бы прекрасно его поглощать.

Рори М

Я полагаю, что это из-за компромисса между поглощением широкого спектра фотонов и недостаточным поглощением тепла. Несомненно, это причина, по которой листья не черные — ферменты фотосинтеза в его нынешнем виде будут денатурированы из-за избыточного тепла, которое будет получено.

Это может частично объяснить, почему зеленый цвет отражается, а не красный, как вы предположили, - отражение цвета с более высокой энергией уменьшает количество тепловой энергии, получаемой листьями.

Тобиас Кинцлер

Я думаю, что солнечный спектр также весьма актуален .

Пошпау

Это больше связано с конкретным уровнем энергии фотона (см. Тобиас), чем с теплотой, выделяемой как таковой. Жара, вероятно, не беспокоит растения умеренного/арктического климата, которые также являются зелеными.

С. Альбано

Жара - наименьшая из проблем растения. Именно поэтому мы можем разводить черные тюльпаны без самостоятельного приготовления лепестков. ;)

Пошпау

Здесь есть довольно забавная статья , в которой обсуждаются цвета гипотетических растений на планетах вокруг других звезд.

Звезды классифицируются по их спектральному классу, который определяется температурой их поверхности. Солнце относительно горячее, и его спектральное распределение энергии достигает максимума в зеленой области спектра. Однако большинство звезд Галактики относятся к звездам классов К и М, которые излучают в основном в красном и инфракрасном диапазонах.

Это имеет отношение к данному обсуждению, поскольку любой фотосинтез в этих мирах должен был бы адаптироваться к этим длинам волн света, чтобы продолжаться. На планетах вокруг холодных звезд растительная жизнь (или ее эквивалент) вполне может быть черной!

Ладно, это не совсем астробиологическая чепуха. На самом деле это весьма актуально для поиска биосигнатур и жизни на других планетах. Чтобы смоделировать спектр отражения планет, которые мы наблюдаем (то есть свет, отраженный от главной звезды), нам нужно попытаться учесть любую потенциальную растительность.

Например, если мы возьмем спектр отражения Земли, мы увидим характерный пик красного цвета «красный край», который связан с растительностью на поверхности.

У НАСА также есть короткая страница на эту тему здесь .

Тобиас Кинцлер

хорошие ссылки, хотя я сомневаюсь, что черные растения могут встречаться где-либо, поскольку для этого, скорее всего, потребуется слишком много разных пигментов.

Пошпау

Хорошо, может быть, не совсем черный, но очень темный. Существуют различные наземные растения с очень темными листьями (например, Oxalis triangularis). По общему признанию, многие из них являются сортами, но это показывает, что есть некоторые доступные темные пигменты (я полагаю, антоцианы?)

Тобиас Кинцлер

хороший момент . Возможно, в большинстве случаев поглощение зеленого было первым, что произошло (в ходе эволюции), и этого было достаточно, но я просто предположил...

лесотехник

Я знаю, что этот вопрос был задан и на него был дан ответ несколько лет назад (со многими отличными ответами), но я не мог не заметить, что никто не подошел к этому с эволюционной точки зрения (как ответ на этот вопрос)...

Короткий ответ

Пигменты выглядят как любой цвет, который не поглощается (т. е. они выглядят как длина волны света, которую они отражают).

Синий свет был наиболее доступной длиной волны света для ранних растений, растущих под водой, что, вероятно, привело к первоначальному развитию / эволюции фотосистем, опосредованных хлорофиллом, которые все еще наблюдаются у современных растений. Синий свет является наиболее доступным, наиболее высокоэнергетическим светом, который продолжает достигать растений, и поэтому у растений нет причин не продолжать использовать преимущества этого обильного высокоэнергетического света для фотосинтеза.

Различные пигменты поглощают свет с разной длиной волны, поэтому в идеале растения должны включать пигменты, способные поглощать наиболее доступный свет. Это тот случай, когда и хлорофилл а, и Ь поглощают в основном синий свет. Поглощение красного света, вероятно, развилось, когда растения переместились на сушу из-за его увеличения количества (по сравнению с под водой) и более высокой эффективности фотосинтеза.


Длинный ответ

Ранние растения развивают современную фотосистему

Оказывается, точно так же, как изменчивость пропускания различных длин волн света через атмосферу, определенные длины волн света более способны проникать в более глубокие глубины воды. Синий свет обычно распространяется на более глубокие глубины, чем все другие видимые длины волн света. Следовательно, самые ранние растения эволюционировали, чтобы сконцентрироваться на поглощении этой части электромагнитного спектра.

https://disc.sci.gsfc.nasa.gov/education-and-outreach/additional/science-focus/ocean-color/images/spectral_light_absorbment.gif

Однако вы заметите, что зеленый свет также проникает относительно глубоко. Текущее понимание состоит в том, что самыми ранними фотосинтезирующими организмами были водные археи, и (на основе современных примеров этих древних организмов) эти археи использовали бактериорхопсин для поглощения большей части зеленого света.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/imgbio/plantblack.gif

Ранние растения росли ниже этих фиолетовых бактерий, продуцирующих бактериорхопсин, и им приходилось использовать любой свет, который они могли получить. В результате система хлорофилла развилась у растений, чтобы использовать доступный им свет. Другими словами, на основе более глубокой проникающей способности синего/зеленого света и потери зеленого света для пелагических бактерий выше, растения развили фотосистему, которая поглощает в основном синий спектр, потому что это был наиболее доступный для них свет .

  • Различные пигменты поглощают свет с разной длиной волны, поэтому в идеале растения должны включать пигменты, способные поглощать наиболее доступный свет. Это тот случай, когда и хлорофилл а, и Ь поглощают в основном синий свет.

  • Вот два примера графиков ( отсюда и отсюда ), показывающие спектр поглощения типичных растительных пигментов:

Фотосинтез

Итак, почему растения зеленые?

Как вы можете догадаться из приведенных выше абзацев, поскольку ранние подводные растения получали так мало зеленого света, они эволюционировали с фотосистемой, опосредованной хлорофиллом, которая не обладала физическими свойствами для поглощения зеленого света. В результате растения отражают свет с этими длинами волн и выглядят зелеными .

Но почему растения не красные?...

Причина задать этот вопрос:

Это кажется столь же правдоподобным, учитывая приведенную выше информацию. Поскольку красный свет невероятно плохо проникает в воду и в значительной степени недоступен на более низких глубинах, казалось бы, ранние растения не развили средства для его поглощения и, следовательно, также отражали бы красный свет.

  • На самом деле [относительно] близкородственные красные водоросли выработали пигмент, отражающий красный цвет. Эти водоросли развили фотосистему, которая также включает пигмент фикоэритрин , помогающий поглощать доступный синий свет. Этот пигмент не эволюционировал, чтобы поглощать низкий уровень доступного красного света, поэтому этот пигмент отражает его и заставляет эти организмы казаться красными .

  • Интересно, что согласно здесь цианобактерии, которые также содержат этот пигмент, могут легко изменить его влияние на наблюдаемый цвет организма:

    Соотношение фикоцианина и фикоэритрина можно изменить в зависимости от окружающей среды. Цианобактерии, выращенные на зеленом свете, обычно вырабатывают больше фикоэритрина и становятся красными. Те же цианобактерии, выращенные на красном свете, становятся голубовато-зелеными. Это взаимное изменение цвета было названо «хроматической адаптацией».

  • Кроме того, (хотя это все еще обсуждается), согласно работе Морейры и др. (2000) (и подтверждено многими другими исследователями), растения и красные водоросли, вероятно, имеют общую филогению фотосинтеза:

В результате первичного фотосинтетического эндосимбиоза между цианобактерией и эукариотическим хозяином произошли три группы организмов: зеленые растения (зеленые водоросли + наземные растения), красные водоросли и глаукофиты (например, цианофоры).

Так что дает?

Отвечать:

Простой ответ на вопрос, почему растения не красные, заключается в том, что хлорофилл поглощает красный свет .

Это заставляет нас задаться вопросом: всегда ли хлорофилл в растениях поглощал красный свет (препятствуя тому, чтобы растения казались красными) или эта характеристика появилась позже ?

  • Если верно первое, то растения не кажутся красными просто из-за физических характеристик, которыми в ходе эволюции обладали пигменты хлорофилла.

  • Насколько я знаю, у нас нет четкого ответа на этот вопрос.

    • (другие, пожалуйста, прокомментируйте, если вы знаете какие-либо ресурсы, обсуждающие это).
  • Однако, независимо от того, когда возникло поглощение красного света, растения, тем не менее, эволюционировали, чтобы очень эффективно поглощать красный свет .

    • Ряд источников (например, Mae et al. 2000, Brins et al. 2000 и здесь ), а также множество других ответов на этот вопрос предполагают, что наиболее эффективный фотосинтез происходит при красном свете. Другими словами, красный свет приводит к наивысшей «эффективности фотосинтеза».

      Хлорофилл а также поглощает свет с дискретными длинами волн короче 680 нм (см. рис. 16.37б). Такое поглощение переводит молекулу в одно из нескольких более высоких возбужденных состояний, которые в течение 10-12 секунд (1 пикосекунда, пс) распадаются до первого возбужденного состояния P* с потерей дополнительной энергии в виде тепла. Фотохимическое разделение зарядов происходит только от первого возбужденного состояния реакционного центра хлорофилла а, Р*. Это означает, что квантовый выход — количество фотосинтеза на один поглощенный фотон — одинаков для всех длин волн видимого света короче 680 нм.

      • Обратите внимание, однако, что другие источники предполагают, что синий свет лучше, чем красный. Например, см. Muneer et al, (2014).

        Биомасса и параметры фотосинтеза увеличивались с увеличением интенсивности света при освещении синими светодиодами и снижались при освещении красными и зелеными светодиодами с уменьшением интенсивности света.

Почему растения остались зелеными?

Так почему же растения не научились использовать зеленый свет после перемещения/развития на суше? Как обсуждалось здесь , растения ужасно неэффективны и не могут использовать весь доступный им свет. В результате, скорее всего, нет никакого конкурентного преимущества в развитии совершенно другой фотосистемы (т. е. включающей пигменты, поглощающие зеленый цвет).

Поэтому земные растения продолжают поглощать синий и красный свет и отражать зеленый. Поскольку зеленый свет так обильно достигает Земли , зеленый свет остается пигментом, наиболее сильно отражаемым растениями, и растения продолжают казаться зелеными.

  • (Тем не менее, обратите внимание, что другие организмы, такие как птицы и насекомые, вероятно, видят растения совершенно иначе, потому что их глаза могут различать цвета по-разному и они видят больше сильно отраженного ультрафиолетового света, чем наши).

Цитаты

Морейра, Д., Ле Гуйадер, Х. и Филипп, Х., 2000. Происхождение красных водорослей и эволюция хлоропластов. Природа, 405 (6782), стр. 69-72.

Мунир, С., Ким, Э.Дж., Парк, Дж.С. и Ли, Дж.Х., 2014. Влияние зеленых, красных и синих светоизлучающих диодов на белки многобелкового комплекса и фотосинтетическую активность при различной интенсивности света в листьях салата (Lactuca sativa L.). Международный журнал молекулярных наук, 15(3), стр. 4657-4670.

Джон

Этот ответ требует большей любви, он единственный, который на самом деле объясняет, почему растения зеленые, а не желтые или розовые.

С. Альбано

Здесь действуют два фактора. Во-первых, это баланс между тем, сколько энергии растение может собрать и сколько оно может использовать. Проблема не в слишком большом количестве тепла, а в слишком большом количестве электронов. Если бы речь шла о тепле, то у ряда цветов, отобранных по их черной окраске, лепестки были бы сожжены. ;)

Если растению не хватает воды, оно слишком холодное, слишком жаркое, собирает слишком много света или имеет какие-либо другие условия, препятствующие нормальному функционированию цепи переноса электронов, электроны накапливаются в процессе, называемом фотоингибированием .

Затем эти электроны передаются молекулам, на которые они не должны переноситься, создавая свободные радикалы , нанося ущерб клеткам растения. К счастью, растения производят другие соединения, которые предотвращают некоторые повреждения, поглощая и передавая электроны, как горячая картошка. Эти антиоксиданты также полезны для нас, когда мы их едим.

Это объясняет, почему растения собирают такое количество световой энергии, но не объясняет, почему они зеленые, а не серые или темно-красные. Наверняка есть и другие пигменты, способные генерировать электроны для электрон-транспортной цепи.

Ответ на этот вопрос такой же, как почему АТФ используется в качестве основной молекулы для переноса энергии в организмах, а не ГТФ или что-то еще.

Хлорофилл a и b были первыми вещами, которые удовлетворяли требованиям. Конечно, какой-то другой пигмент мог собрать энергию, но эту область пространства параметров никогда не нужно было исследовать.

Ириги

Я думаю, вы правы, что узкое место не в сборе фотонов, а в их обработке без создания слишком большого количества синглетного кислорода. Одним из важных факторов может быть то, что хлорофилл играет также большую структурную роль: он является не только собирателем света, но и позволяет разделять заряд в специальной паре реакционного центра и структурно образует многие пигментно-белковые комплексы.

Последнее слово

Биолог Джон Берман высказал мнение, что эволюция - это не инженерный процесс, и поэтому она часто подвержена различным ограничениям, которых нет у инженера или другого дизайнера. Даже если бы черные листья были лучше, ограничения эволюции могут помешать видам подняться на самую высокую вершину в ландшафте приспособленности. Берман писал, что получить пигменты, которые работают лучше, чем хлорофилл, может быть очень сложно. На самом деле считается, что все высшие растения (эмбриофиты) произошли от общего предка, который является своего рода зеленой водорослью, при этом идея состоит в том, что хлорофилл развился только один раз. ( ссылка )

Растения и другие фотосинтезирующие организмы в значительной степени заполнены пигментно-белковыми комплексами, которые они производят для поглощения солнечного света. Следовательно, часть урожая фотосинтеза, которую они вкладывают в это, должна быть пропорциональна. Пигмент в самом нижнем слое должен получать достаточно света, чтобы окупить затраты энергии, чего не может произойти, если черный верхний слой поглощает весь свет. Таким образом, черная система может быть оптимальной только в том случае, если она ничего не стоит ( ссылка ).

Красный и желтый свет имеют большую длину волны, свет с меньшей энергией, в то время как синий свет имеет более высокую энергию. Кажется странным, что растения будут использовать красный свет с более низкой энергией вместо зеленого света с более высокой энергией, если только вы не примете во внимание, что, как и все живое, растения впервые эволюционировали в океане. Морская вода быстро поглощает высокоэнергетический синий и зеленый свет, так что только красный свет с более низкой энергией и большей длиной волны может проникнуть в океан. Поскольку ранние растения и большая часть растительной жизни до сих пор жили в океане, оптимизация их пигментов для поглощения красных и желтых оттенков, присутствующих в океанской воде, была наиболее эффективной. В то время как способность улавливать синий свет с самой высокой энергией была сохранена, неспособность улавливать зеленый свет, по-видимому, является следствием необходимости иметь возможность поглощать более низкую энергию красного света.ссылка ).

Еще немного домыслов на эту тему: ( ссылка )

Аризер

Вода поглощает красный свет гораздо сильнее, чем синий! Вот почему все выглядит голубоватым ниже определенной глубины. Это объясняет, почему фитопланктон всегда парит в верхних слоях океана. И это, возможно, объяснение того, почему хлорофилл имеет второй пик поглощения в синей области.

диоген

Мой ответ состоит из нескольких частей.

Во-первых, эволюция выбирала текущую систему (системы) на протяжении бесчисленных поколений посредством естественного отбора. Естественный отбор зависит от различий (больших или незначительных) в эффективности различных решений (приспособленности) в свете (хо-хо!) текущей среды. Вот где важен спектр солнечной энергии, а также местные переменные окружающей среды, такие как поглощение света водой и т. Д., Как указал другой респондент. В конце концов, у вас есть то, что у вас есть, и это оказывается (в случае типичных зеленых растений), хлорофиллами А и В и «светлыми» и «темными» реакциями.

Во-вторых, как это приводит к тому, что зеленые растения кажутся зелеными? Поглощение света происходит на атомном и молекулярном уровне и обычно связано с энергетическим состоянием определенных электронов. Электроны в некоторых молекулах способны переходить с одного энергетического уровня на другой, не покидая атома или молекулы. Когда энергия определенного уровня попадает в молекулу, эта энергия поглощается, и один или несколько электронов переходят на более высокий энергетический уровень в молекуле (сохранение энергии). Те электроны с более высокой энергией обычно возвращаются в «основное состояние», испуская или передавая эту энергию. Один из способов испускания энергии — это свет в процессе, называемом флуоресценцией. Второй закон термодинамики (делающий невозможным создание вечных двигателей) приводит к излучению света с меньшей энергией и большей длиной волны. (длина волны nb (лямбда) обратно пропорциональна энергии; длинноволновый красный свет имеет меньше энергии на фотон, чем коротковолновый фиолетовый (ROYGBIV, как видно в вашей обычной радуге)).

Так или иначе, хлорофиллы А и В представляют собой сложные органические молекулы (С, Н, О, N с примесью Mg++) с кольцевой структурой. Вы обнаружите, что многие органические молекулы, поглощающие свет (а также флуоресцирующие), имеют кольцевую структуру, в которой электроны «резонируют», легко перемещаясь по кольцу. Именно резонанс электронов определяет спектр поглощения данной молекулы (среди прочего). Обратитесь к статье Википедии о хлорофилле, чтобы узнать о спектре поглощения двух хлорофиллов. Вы заметите, что они лучше всего поглощают короткие волны (синий, индиго, фиолетовый), а также длинные волны (красный, оранжевый, желтый), но не зеленые. Поскольку они не поглощают зеленые длины волн, это то, что остается, и это то, что ваш глаз воспринимает как цвет листа.

Наконец, что происходит с энергией солнечного спектра, временно поглощенной электронами хлорофилла? Поскольку это не является частью первоначального вопроса, я буду краток (извиняюсь перед физиологами растений). В «зависимой от света реакции» энергичные электроны передаются через ряд промежуточных молекул, чтобы в конечном итоге «расщепить» воду на кислород и водород и создать богатые энергией молекулы АТФ и НАДФН. Затем АТФ и НАДФН используются для питания «независимой от света реакции», которая берет CO2 и объединяет его с другими молекулами для создания глюкозы. Обратите внимание, что именно так вы получаете глюкозу (по крайней мере, в той или иной форме, веганской или нет) для еды и кислород для дыхания.

Посмотрите, что происходит, когда вы искусственно отделяете хлорофиллы от системы переноса, которая приводит к синтезу глюкозы. http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_fluorescence Обратите внимание на цвет флуоресценции в ультрафиолетовом свете!

Альтернативы? Посмотрите на фотосинтезирующие бактерии.

АГ

Небольшое дополнение к разговору: растения отражают зеленый да, а вот хлорофилл (а и б) нет (для него он в основном прозрачен ).

Органический материал (стенки клеток и т. д.) вокруг хлорофилла ведет себя как отражатель и рассеиватель непоглощенного зеленого света, что мы и видим.

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00219266.2020.1858930

В целом существует 3 типа взаимодействия фотона с веществом:

  • отражение (и рассеяние упругое или нет)
  • абсорбция (неупругий процесс)
  • передача (без взаимодействия с энергетическими потерями)

(Мой ответ лучше нацелен на формулировку OP этого повторяющегося вопроса )

Джон

Тобиас Кейнцлер хорошо объясняет, почему черные растения не работают, это объяснение того, почему растения зеленые , а не какого-то другого цвета.

Цвет листвы зависит от цвета бактерий (или архей), которые встраиваются в хлоропласты. Или, точнее, цвет их светопоглощающих пигментов. в природе существует огромный диапазон цветов фотосинтезирующих организмов, растения зеленые, потому что хлорофилл зеленый, он с таким же успехом мог бы быть красным или фиолетовым. http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html

Имеются убедительные доказательства того , что предки хлоропластов поглощают края видимого спектра , потому что галобактерии поглощают основные составляющие, потому что пользователи хлорофилла не конкурировали с ними напрямую, а поглощали остаточный свет. Только позже, когда они объединились в более крупные клетки, они стали доминировать и в конечном итоге дали начало растениям. Растения зеленые не потому, что зеленый лучше, растения зеленые потому, что это первый эффективный фотосинтетический пигмент, который эволюционировал и не конкурировал с преобладающим фотосинтезатором.

введите описание изображения здесь