@ 2016.10.27 , 18:00

植物不可怕,就怕植物懂量子力学

研究人员们终于知道为何孔雀秋海棠(Begonia pavonina)这种生长于马来西亚雨林里的植物能够发出蓝光了,原来它能够利用一种量子力学原理让光的速度变慢,并在接近黑暗的环境中让光合作用变得更加有效。

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没错,孔雀秋海棠那怪异的蓝光是一种进化的把戏,这种把戏能让它更加有效地利用红绿光光合作用里的化学能。研究团队的领导者、来自英国布里斯托大学的Heather Whitney表示:“这种机制非常明智。植物必须应对它们遇到的每一个障碍,因为它们没有办法逃走。我们发现这种植物能够利用它接收到的极少光,这非常令人惊奇,它是一个令人惊讶的发现。”

Whitney及其团队在实验室研究孔雀秋海棠的杂□□种时有了这一发现,这种植物在离开它那位于雨林里的家乡之后就非常脆弱。

它的叶子是蓝色而非绿色,说明它的叶绿体(位于植物叶子中负责光合作用的结构)也是蓝色的。但以前从没人知道这是为什么。

研究人员们利用电子显微镜,得以检查孔雀秋海棠叶子的细胞结构,或者说它的叶绿体。

研究人员们注意到在这些叶绿体胶囊里,类囊体(叶绿体中类似麻袋的结构,它可以对光产生反应从而带来光合作用)排列的方式比其它植物里的类囊体更加结构化。

研究人员Matt Jacobs解释道:“利用电子显微镜仔细观察之后,我们发现秋海棠里的蓝色叶绿体与其它植物油很大不同。其内部结构排列的方式极度统一,其厚度仅为100纳米或者说人类头发宽度的一千分之一。”

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这种秋海棠里类囊体的复杂排列方式,就像一座规划城市里的天际线一样。在其它植物中,类囊体毫无规律地四处分布,就像曼哈顿区那混乱的天际线。

这种结构化的排列模式让这种秋海棠与其它植物截然不同。其中一个例子就是它使得蓝光从这种植物中反射出去了,让更多红绿光进入了植物里。

这种机制至关重要,因为在森林地表的矮小植物几乎无法收到蓝光,这意味着它可以优先搜索它主要接收的光。

秋海棠最酷也最有趣的一点在于,这种植物的类囊体排列对光做的事情。类囊体这样的结构能够在光进入植物细胞的时候减慢光速,创造出名为慢光的效果。

对于光合能而言这是个双重打击,因为植物原本就能够吸收更多红绿光,再赋予它减慢光速的能力,使得植物能够坚持更久从光合能中吸取更多化学能。

该研究团队发现秋海棠的这种特征能让它的光合作用增强百分之十左右。也就是说,在吸收等量太阳光的情况下,这种植物合成的化学能可以增加百分之十。

Whitney说道:“我认为植物进化出多种处理光的方式非常合理。植物王国里肯定还有很多这种现象,它远超我们的预料。也许由于其它植物没有这样奇怪的颜色,所以我们才没有注意到罢了。”

该研究被发表在《自然植物》上。

本文译自 ScienceAlert,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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