在地球上最为常见的植物颜色莫过于绿色,植物之所以是绿色的,是因为它们不吸收绿色光波。
牛顿使用三棱镜实验证明了太阳光是一种复合光,含有多种不同的色彩。
而当太阳光照射到植物表面时,植物会吸收除了绿色之外的所有光波,唯独将绿色光反射出去,所以只有绿色的光波能够被反射到我们的眼睛中,因此我们看到的颜色就是绿色。
然而美国马里兰大学的分子生物学教授注意到,太阳光中能量最强的部分在550纳米左右,刚好位于黄绿色波段,然而植物的光吸收峰在465纳米(红光)和665纳米(蓝光)附近,避开了能量最强的绿色光。
有些科学家认为,植物之所以不吸收太阳光中能量最强的绿色光,是因为绿色光能量较大,过多地吸收会导致植物被烧焦,类似于人体的晒伤。但也有一些科学家认为,事情没那么简单,植物之所以是绿色的,可能是在极力隐藏地球形成之初时的一段历史。
紫色地球假说
在非洲塞内加尔地区,有一个闻名世界的粉红色湖泊,又被人们称之为“玫瑰湖泊”。该湖泊没有和海洋相连接的内陆湖,由于常年蒸发,导致该湖泊中的盐分比海水中要很多,盐分达到了每公升350-380克,是一个结晶的盐湖。
玫瑰湖泊之所以呈现出粉红色,甚至在一些月份还会呈现出紫红色,是因为这里生活着一种古菌:盐杆菌。
盐杆菌和我们常见的细菌并不是一家,而是一种古菌,它们也可以利用太阳光进行光合作用,不过它们用来光合作用的物质并不是叶绿素,而是视黄醛。视黄醛的结构分子简单,而且可以吸收太阳光中能量最多的绿色光波,不吸收红色光线和紫色光线,因此会将红色以及紫色光波反射到我们的视线中,因此我们看到的就是紫红色的湖泊。
生物学家DasSarma认为,地球上第一批出现的光合作用生物可能并不使用叶绿体,而是使用视黄醛的物质。这是因为视黄醛是一种非常古老的物质,而且结构简单,比叶绿体出现的时间更早。
视黄醛的出现能够让单细胞生物离开海底热泉口的限制(多说一句,现如今科学家认为生命起源地方位于海底热泉口附近),它们能够利用来源更广的太阳能作为能量来源,并推动ATP的合成,所以最初的生命就这样离开了海底热泉口,并在海洋中发展壮大了起来。如果我们能够穿越到35亿~24亿年前的地球,可能我们将会看到一个紫色地球。而这就是紫色地球假说。
由于视黄醛作为先发者,占据了有利的位置,以至于当叶绿体出现之后,使用叶绿体作为光合作用的生命无法抢占有利的位置,只能利用视黄醛反射的除绿光以外的其他光子,就这样,在演化之初以叶绿体为光合作用的物质就抛弃了绿光,以至于当以视黄醛作为光合作用的古菌退出主流舞台时,植物已经适应了吸收除绿色以外的光波,并且还生存得非常好,所以现如今的植物大多数都是绿色。
紫色地球为什么成了绿色地球?
紫色地球之所以变成绿色地球,其实和氧气有关。我们知道,叶绿体在进行光合作用时能够吸收二氧化碳和水,并释放出氧气。
氧气是一种非常活跃的气体,它们很容易和其他物质结合,比如:二氧化碳,氧化铁,氧化铝等。就这样,当地球上的氧气越来越多时,地球上几乎所有的物质都被氧化,所以空气中开始出现了氧气。
我们前面说了,氧气是一种非常活跃的气体,它们能够氧化有机物,而早期的生物几乎都是厌氧菌,无法在氧气环境中生存,所以这些微生物纷纷灭绝。和每次生物大灭绝一样,氧气的出现不仅摧毁了地球生物链,还重塑了地球生态链,这就是大氧化事件。
尽管氧气几乎摧毁了地球一切生命,但仍有极少数个体适应了有氧环境,并成为大氧化事件后的赢家,而它就是使用叶绿体作为光合作用的生物,而使用视黄醛的生物个体则退出了主流历史舞台,如今只能在极少数环境恶劣的地方才能够见到它们的身影。