你想過嗎？為什麼地球上的植物非得是綠色的，而不是其他什麼顏色，比如黑色？
植物是綠色，因為它們含有葉綠素，葉綠素主要吸收可見光中的紅光和藍光，但不吸收綠光，所以綠光可以穿透葉綠素或者反射出去，這就是為什麼葉子是綠色的。中學課本已經講得很清楚了。
可是，為什麼葉綠素不把所有光都吸收呢？
把所有色光都吸收了，不是可以獲得更多的能量嗎？最詭異的是，雖然葉綠素不怎麼吸收綠光，但是綠光一旦被吸收以後產生的光合作用效率也奇高無比，甚至比紅光更高。
關於這點，有人認為綠光以外的光已經夠用了，再把綠光加進去的話，恐怕葉綠素就要燒焦了。這麼解釋有一定道理，因為地球上最早產生葉綠素的藍菌就住在海面下方，避免浮在海水錶面被太陽曬傷。
那麼，為什麼植物要拋棄綠光，而不是紅光、紫光、黃光、藍光呢？
許多科學家對此百思不得其解，因為太陽發出的可見光中，能量最高的部分集中在綠光的波段，不利用綠光反而去利用能量更少的藍光和紅光，這太奇怪了吧。
最上面的黑線代表陽光在地球表面的輻射，2條綠線代表了葉綠素對陽光的吸收率，很明顯它們避開了陽光輻射最大的波段，也就是綠色
就連人類的眼睛也明白陽光中能量最大的部分是綠光，所以人眼對綠光特別敏感。
那麼比人類更早出現在地球上的植物為什麼沒弄明白這一點呢？
哈，某個叫 Shil DasSarma 的生物學家也有這個疑問，然後他想出了一個驚天的解釋——因為地球上最早開始光合作用的生物其實是喜歡綠光的，因此一開始地球不是綠色的，而是紫色的。
等等，這是啥意思？紫色的地球？
沒錯，這就是紫色地球假說。DasSarma 認為，其實地球上第一批學會光合作用的生物根本不是綠色的，而是紫色的，因為它們用來光合作用的物質不是葉綠素，而是一種叫做視黃醛（retinal）的物質。
視黃醛是個什麼東西？
它由維生素A轉化而成的，是一種古老的色素，它可以吸收太陽能，對動物的視覺也很重要。但是，任何脊椎動物都無法直接合成視黃醛，必須要靠吃別的含有視黃醛的生物，或者吃一些胡蘿蔔素來合成。所以你媽讓你多吃胡蘿蔔就是考慮到你是脊椎動物，而不是胡蘿蔔比較便宜的緣故。
那麼，能夠自己製造視黃醛的生物是誰呢？
目前地球上能直接製造視黃醛的是一種叫做鹽桿菌（halobacterium）的古菌。這種古菌的細胞膜，也就是它的“皮膚”是深紫色的，裡面充滿了視黃醛。
鹽桿菌菌落
視黃醛主要吸收綠光，不吸收紅光和紫光，所以鹽桿菌才是紫色的。鹽桿菌除了能用綠光進行光合作用以外，還喜歡生活在極端環境裡，比如鹽沼湖裡。最關鍵的是，鹽桿菌是一種非常古老的生物，它們比葉綠素出現的時間要早多了。
西非塞內加爾的玫瑰湖。和玫瑰湖一樣，許多鹽沼裡都有鹽桿菌，所以呈現出粉色。現在地球上的鹽桿菌能適應氧氣環境，和它們的祖先不同。
所以說，鹽桿菌能利用陽光中能量最多的綠光，而且還可以生活在極端環境裡，這意味著，或許它們就是地球上最早利用光能的生物。
既然鹽桿菌喜歡綠光不要紅光和紫光，因此後來出現的光合作用生物沒法用綠光，就被迫只能用別人不要的紅光和紫光了。這說的就是葉綠素。
那麼為什麼後來地球上都是綠色植物了呢？
這可能是因為，鹽桿菌雖然能進行光合作用，但是它們光合作用卻不能產生氧氣（不產氧光合作用）。另外，鹽桿菌根本不喜歡氧氣，太多的氧氣使它窒息。所以出現了能產生氧氣的葉綠素之後，大量的鹽桿菌就逐漸被越來越多的氧氣毒死了。
更關鍵的是，葉綠素雖然用的是陽光中能量較少的紅光和藍光，但是它的能量轉化效率很高，所以後來的生物大都採用葉綠素，而不是視黃醛進行光合作用了。
當然了，紫色地球假說還很年輕，能支持它的證據還很少。但是對於搜尋外星生命來說，紫色地球假說卻有重大的意義。比如在沒有氧氣的火星上或許也存在著類似於鹽桿菌的生命，它們利用綠光進行光合作用。
如果紫色地球假說最終被證實的話，那麼在太陽系以外搜尋有生命的星球的話，或許就要看它們是不是發出紫光了。
另外，按照這個思路走的話，在其他星球上或許存在黑色的植物。一些科學家認為，如果某個行星繞著紅矮星旋轉，由於紅矮星釋放的光能不足，所以這個行星上的生命必須要把紅矮星的所有光線都吸收了才能吃飽。這樣的行星上能進行光合作用的生命很可能是黑色的。
美國加州理工學院 Doug Cummings 描繪的其他星球上的可能植被
話說，都不知道你們有沒有看懂，天線寶寶的人設很用心的。
丁丁、迪西、拉拉和小波的顏色和身高暗示的是，地球上光合作用的不同色素出現的先後次序和重要性：
丁丁——紫色的視黃醛，最早出現，所以丁丁最大 (′・∀・『)
迪西——綠色的葉綠素，在視黃醛之後出場，目前霸佔了地球，所以個子第二；
拉拉——黃色的類胡蘿蔔素，雖然歷史比葉綠素悠久，但是現在變成了葉綠素的陪襯；
小波——紅色的藻紅蛋白，雖然也很古老，但是比較原始，常見植物都不含有它，它的重要性比較低，所以個子最小。
而且在每集動畫片開始的時候，丁丁、迪西、拉拉，和小波都會按照這個順序依次出場。小編看了一百集不會騙你。
還有這個一直在傻笑的貨，就是地球在幼年時期更年輕的太陽。它一出現，幾個色素寶寶都很開心，它一下山，幾個色素寶寶都要規規矩矩地和它說再見，甚至還經常不甘心地要太陽“再來一次！再來一次！”
這說明了什麼，沒有太陽哪有你們光合作用，哪有萬物，哪有人類？
真的，天線寶寶是被嚴重低估的一檔科普節目。
下次看天線寶寶的時候，記得向一起看的小夥伴指出：
看，有了陽光以後，視黃醛、葉綠素、類胡蘿蔔素和藻紅蛋白都依次活躍起來了，它們4個給地球帶來了多麼美麗的生命呀。
圖片來源：softpedia, tenor, Nature，giphy
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3188376/
http://www2.palomar.edu/users/warmstrong/ploct97.htm
https://zh.scribd.com/document/162517889/Microbiol-Rev-1994-Woese-1-9
https://www.livescience.com/1398-early-earth-purple-study-suggests.html
https://www.newscientist.com/article/mg16722564-200-purple-earth/
Kiang, N. Y. (2008). The color of plants on other worlds. Scientific American, 298(4), 48-55.
Vázquez, M., Pallé, E., & Rodríguez, P. M. (2010). The Earth as a distant planet: a Rosetta stone for the search of Earth-like worlds. Springer Science & Business Media.
近期熱門文章Top10
↓ 點擊標題即可查看 ↓
1. 掉入地下一萬米
2. 從前有個學生熬夜遲到了，錯把困擾數學家的難題當作業做了出來
3. 原子彈製造指南
4. 吸貓一時爽，一直吸貓一直爽
5. 為什麼長時間不洗頭，洗的時候搓不出很多泡沫？| No.145
6. 一個大活人，還能讓尿活活憋死？？？
7. 所以，WiFi 和 4G 到底哪個更耗電？
8. 傳紙條被發現，一看竟寫著...
9. 鉛筆上面那塊廢柴橡皮為什麼容易把紙擦破？
10. 一幅圖讀懂量子力學（薛定諤的貓）
閱讀更多 中科院物理所 的文章
