从叶子为什么是绿色的说开去

叶子为什么是绿的?已经是一个被反复讨论过的话题了,这里的几个事实和核心观点是:

  • 地球位于宜居带的内侧
  • 绿色是太阳光谱里能量分布最强的部分
  • 反射掉最主要的绿色可以避免植物在光照的波动中受到灼晒伤害

2018 年 DasSarma 等人在对嗜极细菌的光化学研究中,提出了一种紫色地球的假说。 认为在地球演化早期,古细菌并不是通过叶绿素,而是通过其他的化学介质来捕捉光能, 从而早期地球可能呈现紫色。叶绿素的优势是伴随着大氧化事件逐步建立的。

如果我们不去考虑生物化学的细节,而是关注于宏观的因素与可能性,那么就会有一个有趣的观点。 色彩与距离

在一个恒星系内,假设宜居带内有多个行星,那么生物的光化学适应可能造就完全不同的植物的色彩表现, 而这种表现由行星到恒星的距离来决定。

现在地球在宜居带内侧,所以避免植物在光照波动中受到灼晒的伤害是主要因素,所以叶子是绿色。 火星在宜居带外侧,如果火星再重点,大气的条件再好一些,或许火星上植物可以充分利用日照的能量, 于是假想的植物的颜色有可能是某种深色,因为此时吸收更多能量是主要因素。

从反射掉能量避免受伤,到吸收更多能量保障生存,这两种策略之间,沿着太阳和行星的距离是一个连续的光谱。 最有趣的是应该在某个距离的临界点,反射和吸收这两种策略可以同时并存。那么可以想象这样的行星上, 植物的色彩有着非常多样且多变的表现。

不知道 Webb 望远镜上天,我们能否有条件去检验这样的想象。可能在目前这个阶段上,这还只能是一种浪漫想象, 无法成为一种严肃的科学。其实,问植物的色彩,某种程度上是指它们对太阳能量吸收的程度和相应的生存策略。 所以,不去考察假想的多颗行星,有没有可能去考察地球生态系统因为纬度差异带来的光学上的不同呢? 这有可能可以作为科学问题来研究一番。

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