دلیل سبز بودن رنگ گیاهان چیست؟

 به گزارش شهرآرانیوز، از درختان غول‌پیکر جنگل‌های آمازون گرفته تا گیاهان خانگی و جلبک‌های دریایی، سبز رنگی است که بر سلسله‌ی گیاهان حاکم است؛ اما چرا رنگ سبز و نه رنگ آبی یا سرخ‌آبی یا خاکستری؟ پاسخ ساده آن است که گیاهان تقریبا تمام فوتون‌های موجود در مناطق قرمز و آبی طیف نور را جذب می‌کنند؛ ولی تنها حدود ۹۰ درصد از فوتون‌های سبز را جذب می‌کنند. اگر گیاهان مقدار بیشتری از این فوتون‌ها را جذب می‌کردند، به چشم ما به رنگ سیاه دیده می‌شدند. گیاهان سبز هستند؛ زیرا مقدار کمی از نوری که منعکس می‌کنند، به این رنگ است.

به‌نظر می‌رسد این کار اسراف باشد؛ زیرا بیشتر انرژی‌ای که خورشید می‌تاباند، در بخش سبز این طیف قرار دارد. زیست‌شناسان می‌گویند نور سبز ممکن است آن‌قدر قوی باشد که گیاه نتواند بدون واردآمدن آسیب از آن استفاده کند.

دانشمندان حتی پس از چندین دهه پژوهش مولکولی روی دستگاه برداشت نور گیاهان، نتوانسته بودند توضیح دقیقی برای رنگ گیاهان ارائه دهند؛ اگرچه آنان اخیرا در مجله‌ی Science سرانجام پاسخ کامل‌تری ارائه داده‌اند. دانشمندان مدلی برای توضیح این مسئله ساخته‌اند که چرا سیستم فتوسنتز گیاهان نور سبز را به‌هدر می‌دهد. آنچه آنان انتظار نداشتند، این بود که مدلشان بتواند رنگ‌های دیگر اشکال فتوسنتزی حیات را نیز توضیح دهد. یافته‌های آن‌ها به اصل تکاملی حاکم بر ارگانیسم‌های برداشت‌کننده‌ی نور اشاره می‌کند که ممکن است در کل جهان امکان‌پذیر باشد. همچنین، یافته‌ها بیانگر این موضوع است که حداقل گاهی اوقات ازنظر تکامل، پایداری سیستم‌ها بیش از کارآیی آن‌ها اهمیت دارد.

 

ناتانیل گابور، فیزیک‌دان دانشگاه کالیفرنیا، درحالی‌که مشغول کار روی جذب نور به‌وسیله‌ی نانولوله‌های کربنی بود، به این موضوع فکر کرد که جمع‌آوری‌کننده‌ی خورشیدی ایدئال یعنی آنچه انرژی حداکثر را از طیف خورشیدی جذب می‌کند، چگونه می‌تواند باشد. او به فکر دستگاهی بود که بیشترین انرژی نور سبز را بگیرد و دراین‌میان درباره‌ی گیاهان کنجکاو شد که کار برعکس را انجام می‌دهند و نور سبز را خارج می‌کنند.

گابور و همکارانش برای درک این موضوع که چرا گیاهان نور سبز را منعکس می‌کنند، با دقت بیشتری اتفاقات رخ‌داده در جریان فتوسنتز را بررسی کردند. مرحله‌ی اول فتوسنتز در کمپلس برداشت‌کننده‌ی نور رخ می‌دهد که شبکه‌ای از پروتئین‌ها است که در آن رنگ‌دانه‌ها تعبیه‌شده و آنتن (موج‌گیر) را تشکیل می‌دهند. رنگ‌دانه‌ها (کلروفیل در گیاهان سبز) نور را جذب می‌کنند و انرژی را به مرکز انرژی منتقل می‌کنند که در آنجا تولید انرژی شیمیایی برای استفاده‌ی سلول آغاز می‌شود. بهره‌وری این مرحله‌ی اول فتوسنتز تقریبا کامل است و تقریبا تمام نور جذب‌شده به الکترون‌هایی تبدیل می‌شود که سیستم می‌تواند از آن‌ها استفاده کند؛ اما این کمپلکس آنتن درون سلول‌ها دائما در حال حرکت است و به‌گفته‌ی گابور، مانند ژله می‌ماند. آن حرکات روی نحوه‌ی گردش انرژی در رنگ‌دانه‌ها اثر می‌گذارد و نویز (سیگنال‌های‌ناخواسته) و ناکارآمدی را وارد سیستم می‌کند. نوسان‌های سریع در شدت نوری که روی گیاه می‌تابد (برای مثال به‌دلیل تغییر در مقدار سایه) نیز ورودی را نویزدار می‌کند.

برای سلول، ورودی پایدار از انرژی الکتریکی همراه‌با خروجی پایدار از انرژی شیمیایی بهترین گزینه است. اگر تعداد بسیار کمی الکترون به مرکز واکنش برسد، می‌تواند موجب کمبود انرژی شود؛ درحالی‌که انرژی خیلی زیاد موجب تشکیل رادیکال‌های آزاد و انواع اثر‌های شارژ بیش‌از‌حد می‌شود که به بافت‌ها آسیب می‌رساند.

گابور و تیم او مدلی برای سیستم‌های برداشت نور گیاهان طراحی کردند و آن را برای طیف خورشیدی اندازه‌گیری‌شده زیر سایبان برگ‌ها به‌کار بردند. کار آن‌ها نشان داد چرا سلول‌های خورشیدی نانولوله‌ای برای گیاهان به‌کار نمی‌آیند: این سیستم ممکن است ازنظر جمع‌آوری انرژی حداکثر در نور سبز بسیار کارآمد باشد؛ اما برای گیاهان مضر است؛ زیرا وقتی نورخورشید سوسو می‌زند و نویز حاصل از سیگنال ورودی می‌تواند نوسان‌های چنان شدیدی ایجاد کند که کمپلکس نتواند جریان انرژی را تنظیم کند.

منبع:زومیت