地球上最早的調光大師

盧天放

現代社會，自拍幾乎是人人必會的技能，而自拍過程中光線是至關重要的，一張成功的自拍離不開恰到好處的光線，因此學會如何調光變成了現代人的必修課。調光這件事，也許我們可以向植物學習，畢竟它們可算史上最早的“調光大師”。

花瓣上的“玄機”

別看我們肉眼看到的植物的花瓣好像非常光滑，在科學家們的顯微鏡下，其實它們有著非常復雜的微結構。

幾乎所有的植物的花瓣和葉子都具有疏水性，這得益于其表面覆蓋的蠟層，而蓮花的花瓣更勝一籌，它的蠟層不僅能疏水還能除塵——這就是蓮花“出淤泥而不染”的奧秘。在蓮花花瓣上，石蠟分子排列成一個個大約五分之一毫米高的錐形塔，一個個小塔順著花瓣螺旋排布成復雜的分形圖案。當水滴落到蓮花花瓣上時，它根本無法“站穩”，而是在錐形塔間徘徊，慢慢積聚成更大的球形液滴。這些液滴在花瓣上滾動，沿途像拖地一樣將花瓣上的污垢掃在一處，最后液滴帶著污垢滑落到地上。

石蠟分子層的作用不僅如此。花瓣與蝴蝶翅膀一樣都是姹紫嫣紅、五彩繽紛的，之所以會這樣，除了它們本身含有多種色素外，還與其表面石蠟分子的微結構有關。將蝴蝶翅膀放大5000倍，我們能看到一幅波瀾壯闊的“地形圖”：“山脊”“溝壑”和“河流”應有盡有，這正是蝴蝶鱗片堆疊出的形狀。鱗片堆疊出眼點、條紋和漸變等圖案，在光線的強弱和角度變化下，還會折射出絢爛的色彩。花瓣也不遑多讓，不同種類的花瓣的石蠟分子排列方式各不相同，分子間隙也不一樣，因此，光線在花瓣上發生的折射和衍射現象也不同，這樣萬紫千紅的鮮花就出現了。

花瓣操縱蜜蜂

花瓣的微結構為什么這么復雜，只是為了“愛美”嗎？其實，花朵們之所以長得這么妖嬈多姿，并不是為了讓人類欣賞和贊美的，它們只是在“操縱”蜜蜂。

蜜蜂是幫助植物傳粉的最大功臣，如果蜜蜂滅絕了，整個生態系統可能很快就會崩潰。而在多年的互助互利的生活中，植物們學會了用花蜜利誘蜜蜂外的更好方法，那就是“光控”——通過調光改變花色來指揮蜜蜂，這也是針對蜜蜂的視覺系統進化來的。

蜜蜂與人類相似，是三色視者，不同的是人能看到的色彩由紅色、藍色和綠色組合而成，而蜜蜂將顏色劃分為紫外線、藍色和綠色。由于這點不同，花朵傾向于變成藍紫色，即使沒有相應的色素，也會改變結構發出更多的藍紫色。由此，一些鮮花也衍生了僅能被蜜蜂看見的美麗圖案，比如在紫光燈下，向日葵、報春花和紫羅蘭的花瓣上就出現了更加繁復的圖案，這些圖案能讓蜜蜂在萬花叢中一眼將它們區分出來。

蜜蜂也比人類更快地看到顏色，它們的色覺是動物世界中最快的，比人類快五倍。在高速飛行中，我們可能難以區分不同的花朵，但蜜蜂卻可以看清每一朵花。而且，在蜜蜂不停移動的過程中，花瓣會根據角度而改變顏色，蜜蜂看到了這些因為變色而像在閃光的花瓣，就像接收到了花瓣發出的信號：我有甜蜜的花蜜，快來啊！于是，蜜蜂義無反顧地向著花朵飛去，花也實現了授粉的需求。

花朵確實利用光線和花色給蜜蜂發出了信號，在多年的演化下，蜜蜂也早就將這些信號與花蜜聯系在了一起。英國劍橋大學的研究人員做了一個實驗，他們用塑料片制作了兩種人造花，一種“花”呈現出彩虹色，另一種則仿照真花發出藍綠或藍紫色的光暈，在這兩種“花”的附近都放上了一小盞糖水，觀察蜜蜂的去向。蜜蜂很快就發現，從籠子中出來后它們就可以自由“采蜜”，飛到“花”的附近就能喝上甜甜的“花蜜”。即使兩種“花”的糖水完全相同，當兩種“花”同時出現時，蜜蜂還是第一時間飛向了藍紫色的“花”。

調光技術高超

植物對光的調控可謂是爐火純青，除了操縱蜜蜂外，它還是最能“捕獲”太陽光的生物。

生物物理學家格里高利·恩格爾觀察過光合作用的全過程。他將一種原始的光合生物綠硫菌冷卻到-195℃，在這種情況下，綠硫菌所有的生化過程活躍度都會下降到最低點，有利于對光合作用的觀察。然后用波長極短、能量很高的激光脈沖對其進行照射，通過操縱激光，研究人員可以跟蹤細菌光合作用過程中的能量流。

結果表明，在光能捕獲的過程中，光就像一個“迷路”的孩子，穿越葉綠體“迷宮”時會沿著兩條以上的路線出發，但每個方向都會撞上沿途的色素粒子，這些粒子會將一束束光波帶到最終的反應區域。葉綠體的這種工作模式在植物身上比比皆是，大大增強了植物捕獲光的能力，在所有照射到植物身上的光線中，植物可“鎖住”大約95%的光能，并將其轉換為化學能，該過程反應時間僅為千萬億分之一秒，甚至更少。

而人類利用太陽光的效率與植物相比則遜色不少——迄今為止記錄到的太陽能電池的最大效率為33.7%。之所以會這樣，很大一個原因就是太陽能在電池板內傳遞的過程中不斷被轉化成熱能消耗掉了。

向植物學習也許是一個好方法，吉林大學的一個研究小組利用生物技術做了一個完整的“葉綠體”，然后通過光譜分析和電鏡觀察等方法，確認它發揮著與天然葉綠體相同的能量轉移功能。未來，這種人造葉綠體可以作為能量傳遞的一分子，被安裝到太陽能板上。

當我們還在糾結如何運用和調控光時，不妨看看植物，畢竟它們運用光的歷史比我們早了好幾億年。

（摘自《科學之謎》2021年第2期）