Ich nehme an, das ist eine Variante der uralten Frage: "Warum sind Blätter grün?" Es ist ziemlich einfach, das Internet zu fragen und viele Antworten darauf zu finden.
Ich habe eine andere, aber verwandte Frage: Warum sind Blätter nicht schwarz? Das heißt, Chlorophyllsorten in den Blattzellen absorbieren hauptsächlich rote und blaue Wellenlängen. Warum gibt es in der Photosynthese kein Pigment, das Grün absorbiert?
Stattdessen wird das Grün in die Atmosphäre zurückgeworfen. Seine Energie geht sonst der Pflanze verloren. Die Natur ist schrecklich gut auf so viele Nischen optimiert; Warum sollte dieses Lichtband verschwendet werden?
Es gibt einige Pflanzen, die Grün absorbieren (und dunkle Blätter haben). Diese Pigmente – wie Anthocyane, Betalaine und Carotinoide – spielen keine Rolle bei der Photosynthese und spielen andere Rollen (z. B. als Schutz vor extremen Temperaturen oder als Antioxidans). Fehlt mir in meiner Liste ein Pigment, das grün absorbiert und an der Photosynthese beteiligt ist? Wenn es eine solche Pflanze mit einem solchen Pigment gäbe, warum würden diese Pflanzen dann nicht dominieren? Ist die Herstellung des grünabsorbierenden Pigments mit hohen Kosten verbunden, die den Vorteil der gewonnenen zusätzlichen Energie größtenteils zunichte machen?
Nachdem ich ein wenig mehr auf SO gesucht hatte, fand ich die beste Antwort auf diese Frage . Mit etwas anderen Worten heißt es, dass Licht in Quanten ankommt, die Chemie in der Photosynthese von einer bestimmten Energieschwelle angetrieben wird und jede überschüssige Energie eines Photons in Abwärme übergeht (die dazu neigt, einige der beteiligten Proteine zu denaturieren). Die Antwort weist auf eine andere Antwort mit ähnlicher Begründung hin. Ihre Erklärungen berücksichtigen jedoch nicht die Tatsache, dass Chlorophylle neben Rot auch Blau stark absorbieren, wobei blaue Photonen fast die doppelte Energie von roten haben.
Außerdem heißt es in der Antwort:
Das ist natürlich noch keine Erklärung, warum Blätter nicht einfach schwarz sind – alles Licht zu absorbieren ist sicher noch effektiver, oder? Ich weiß nicht genug über organische Chemie, aber ich vermute, dass es keine organischen Substanzen mit einem so breiten Absorptionsspektrum gibt und sich das Hinzufügen einer anderen Art von Pigment möglicherweise nicht auszahlt.
Gibt es nichts anderes als fundierte Vermutungen als Antwort? Und warum nicht eine Kombination von Pigmenten anstelle eines einzigen, breitbandabsorbierenden Pigments verwenden? Beispielsweise verwenden einige Stoffwechselwege parallele Prozesse. Zitat der Wackypedia :
Manchmal kann mehr als ein Enzym dieselbe Reaktion parallel katalysieren; dies kann eine komplexere Regulation ermöglichen: beispielsweise mit einer niedrigen konstanten Aktivität, die von einem Enzym bereitgestellt wird, aber einer induzierbaren hohen Aktivität von einem zweiten Enzym.
Evolutionäre Antwort: Ich gehe gerne einen Schritt vor Grünpflanzen und betrachte die bescheidene Alge. Algen wurden historisch in grün, rot und braun eingeteilt, basierend auf den Wellenlängen, die ihre charakteristischen Pigmente absorbierten. Es wird angenommen, dass sich Landpflanzen aus einem gemeinsamen Vorfahren von Algen entwickelt haben, daher fragen Sie sich vielleicht, warum wir keine ähnlich breiten Kategorien von grünen, roten und braunen Pflanzen haben.
Unsere beste Vermutung ist, dass die Organismen, die wir „Pflanzen“ nennen, aus einem einzigen evolutionären Ereignis stammen und einen gemeinsamen Vorfahren mit Grünalgen haben , anstatt einer anderen Gruppe. Diese grünen pflanzenähnlichen Wesen waren wahrscheinlich die ersten großen Landorganismen, die Photosynthese versuchten, und waren zufällig gut genug, um alle anderen pflanzenähnlichen Wesen zu übertreffen, die in ihrer Umgebung auftauchen könnten. Grün zu sein war „gut genug“ für die Photosynthese, was es diesen Organismen ermöglichte, zu überleben und zu gedeihen.
Meta-Antwort: "Warum"-Fragen in der Biologie haben oft probabilistische (und intuitiv unbefriedigende) Antworten. Es ist sehr schwierig, Daten zu sammeln, die „beweisen“ können, warum sich bestimmte Dinge so entwickelt haben, wie sie es getan haben. Außerdem ist Evolution kein Engineering- oder Designprozess. Es hinterlässt Sackgassen und findet nicht immer die richtige Lösung. Gründereffekte können sehr stark sein. Aber Organismen, die lange genug bestehen, damit wir sie studieren können, sind in der Regel „gut genug“ in dem, was sie tun. Hier ist die sparsamste Erklärung dafür, warum Blätter nicht schwarz sind, dass Landpflanzen von Grünalgen abstammen und nicht mehr andere Pigmente produzieren mussten, um die Welt zu erobern.
Biochemische Nebenbemerkung: Pflanzen können unter photooxidativem Stress leiden, wenn sie intensivem Licht ausgesetzt werden, da reaktive Sauerstoffspezies entstehen, die den Stoffwechsel stören. Daher sind einige nicht-grüne Pigmente, wie Xanthophylle, tatsächlich dafür verantwortlich, Chlorophyll zu löschen und Energie von Lichtsammelkomplexen abzuleiten. Mehr Energie ist nicht immer gut.
Gürteltier Jim