光合作用是重要的科学问题

美国加州大学物理学Nathaniel Gabor家通过物理的模型来研究这个问题。它通过研究植物进行光合作用的纳米管状结构认为，结构上植物应该吸收那些能量较高的绿光，但事实上植物恰恰相反，它释放了一些绿光。

为什么呢？

原来，植物叶片中的叶绿体具有非常高效的转化能力。当光线摄入叶绿体上，光会被高效地转化为电子。电子如果太少，则会导致光反应失败；若是电子太多，则会导致太多的自由基。过多的自由基会损害植物细胞组织。

也就是说如果光线强度变化太大，导致光反应形成的“电子流”不稳定的话，会损伤植物叶片组织。

自然光线的变化，对于植物叶绿体组织来说是很具有挑战性的事。从波长短的蓝光到波长长的红光，光线变化会造成电子流过噪，因此减噪（减少波动和不确定性）是叶绿体进化过程中重要步骤。

因此，植物演化出两条不同的路径来吸收光，并转化为电子流。一条是相对稳定的提供充足的电子，另外一条是特殊的路径，缓冲突然变化的电子。

光合作用过程中降低自由基的路径

由于蓝紫光和红光都集中在相对波长内，而且能量高，因此是较为稳定的光源和能量源。为了保障叶片获取足够的能量，叶绿体首先就收了红光和蓝紫光，作为基本保障，降低内噪。所以植物大多就不会呈现出蓝色和红色。

绿光由于波长浮动较大，能量也高。植物因此将演化出了另外一条处理办法，作为缓冲降噪。叶绿色既吸收绿光，也丢掉一些绿光。

当外部光线变化的时候，叶绿素就可以根据光线来调整吸收绿光的量，来保证电子流的稳定供应，并同时达到降低自由基的效果，以保障机械（细胞组织）的完好。

物理学家的提出的理论模型，完好的解释了叶绿素吸收可见光的情况（如下图）。

植物吸收不同光以保障电子流的稳定模型

也就是说， 叶绿素在对应不同波长和能量集中程度不同的蓝、绿、光的时候，丢掉一些绿光可大大提升整套光合系统的稳定性。

爽一时，不如爽一世。不能过了今天没有明天。从进化生物学的角度看，演化似乎更加重视系统的稳定性，而不是简单的追求效率。放弃部分绿光，不追求理论上效率的最大化，而是追求达到长久的稳定的光合速率。这或许 就是植物为何是绿色的原因。

参考资料:图片来自网络或文献插图

Trevor B. Arp et al, doi.org/10.1126/science.aba6630

Why Are Plants Green? To Reduce the Noise in Photosynthesis.

The simplicity of robust light harvesting

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1427返回搜狐，查看更多