Vraag:
Waarom hebben planten groene bladeren en niet rood?
Joe Clarke
2012-01-04 01:11:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik weet dat planten groen zijn vanwege chlorofyl.

Het zou beslist gunstiger zijn als planten rood dan groen zijn, want door groen te zijn, reflecteren ze groen licht en absorberen het niet, ook al heeft groen licht meer energie dan rood licht.

Is er geen alternatief voor chlorofyl? Of is het iets anders?

Ik vind het nog raadselachtiger waarom planten niet al het zichtbare spectrum helemaal opnemen (waardoor de bladeren zwart worden).
@CrazyJugglerDrummer - Ik dacht erover na maar wilde de chlorofylrespons niet krijgen zonder dat mensen = P lezen
Het is zelfs nog vreemder omdat groene algen in water zijn geëvolueerd. En rood licht wordt geabsorbeerd door water. Rhodophyta (rode algen) zijn rood vanwege fycoerythrine, maar het lijkt erop dat rode kleur alleen voordelig is voor hen in de diepte van de zee.
@AdamZalcman: Er is waarschijnlijk geen organische substantie met dit absorptiespectrum, en het toevoegen van meer pigmenten om het hele VIS-spectrum te dekken, loont misschien niet.
@MartaCz-C: Ik denk dat dat komt door [het zonnespectrum] (http://biology.stackexchange.com/a/462/303), en zoals je zei, absorbeert water rood licht sterker, dus op diep zeeniveau wordt rood licht steeds onbruikbaarder en kunnen de roodabsorberende pigmenten dan laten vallen ten gunste van groene absorptiemiddelen
* Het zou toch beter zijn *: niet als het rode pigment minder efficiënt is in het omzetten van licht in energie ...
Ik zou willen wijzen op een ontmoediging die plaatsvond bij John Baez's google + over het onderwerp https://plus.google.com/117663015413546257905/posts/emyoML3CrvY Het bevat relevante links samen met verwijzingen naar feitelijke artikelen die aan de vraag zijn gewijd. Dit is een mooi punt om verder onderzoek te beginnen.
Als iemand geïnteresseerd is in een korte video over het onderwerp (~ 6,5 min), bekijk dan de video van Physics Girl: [Waarom zijn planten niet zwart?] (Https://www.youtube.com/watch?v=3BRP4wcSCM0) disclaimer: Dit is niet mijn video, maar ik denk dat het zeer goed onderzocht en informatief is.
Ik weet dat het een paar jaar geleden is, maar ik heb zojuist een [nieuw antwoord] (http://biology.stackexchange.com/a/56739/16866) toegevoegd aan deze vraag die zich richt op de vroege evolutie van planten. Ik hoop dat dit helpt!!
Het echte antwoord is dat ze dat niet doen. De meeste planten hebben groene bladeren, niet allemaal. Het is gewoon dat ze niet hoeven te evolueren naar het hebben van bladeren met andere kleuren, net zoals de mens niet hoeft te evolueren om van nagels, haar en stuitbeen af ​​te komen. [Er zijn zelfs zwarte planten] (http://www.artsnursery.com/blog/ten-awesome-plants-with-black-foliage).
Acht antwoorden:
#1
+90
Tobias Kienzler
2012-01-04 17:25:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vanuit het oogpunt van energieabsorptie zou het zeker nog gunstiger zijn als planten zwart zijn in plaats van rood of groen. En zonnecellen zijn inderdaad behoorlijk donker.

Maar, zoals Rory aangaf, zullen fotonen met hogere energie alleen warmte produceren. Dit komt doordat de chemische reacties die worden aangedreven door fotosynthese slechts een bepaalde hoeveelheid energie vereisen, en elke overmatige hoeveelheid die wordt afgegeven door fotonen met hogere energie kan niet zomaar worden gebruikt voor een andere reactie 1 , maar zal warmte afgeven. Ik weet niet hoeveel problemen dat eigenlijk veroorzaakt, maar er is een ander punt:

Zoals uitgelegd, is wat de efficiëntie van de omzetting van zonne-energie bepaalt niet de energie per foton, maar de hoeveelheid beschikbare fotonen. Dus je moet eens kijken naar het zonlichtspectrum:

Solar Radiation Spectrum

De instraling is echter een energiedichtheid we zijn geïnteresseerd in foton dichtheid, dus je moet deze curve delen door de energie per foton, wat betekent dat je het vermenigvuldigt met λ / (hc) (dat wil zeggen dat hogere golflengten meer fotonen nodig hebben om dezelfde instraling te bereiken). Als je die curve geïntegreerd over de hoogenergetische fotonen (zeg, λ < 580 nm) vergelijkt met de integratie over de laagenergetische fotonen, zul je merken dat ondanks de atmosferische verliezen (de rode curve is wat er over is van het zonlicht op zeeniveau) zijn er veel meer ‘rode’ fotonen dan ‘groene’, dus als bladeren rood worden, zou veel potentieel geconverteerde energie worden verspild 2 .

Natuurlijk is nog steeds geen verklaring waarom bladeren niet gewoon zwart zijn - het absorberen van al het licht is zeker nog effectiever, toch? Ik weet niet genoeg van organische chemie, maar ik vermoed dat er geen organische stoffen zijn met zo'n breed absorptiespectrum en het toevoegen van een ander soort pigment loont misschien niet. 3

1) Theoretisch is mogelijk, maar het is een zeer niet-lineair proces en het is daarom te onwaarschijnlijk dat het echt van nut zal zijn (tenminste in plantmedium)
2) Aangezien water rood licht sterker absorbeert dan groen en blauw licht, zijn diepzeeplanten inderdaad beter af als ze rood zijn, zoals Marta Cz-C al zei.
3 En andere alternatieven, zoals de halfgeleiders die in zonnecellen worden gebruikt, zijn vrij onwaarschijnlijk in planten ...

Aanvullende informatie, voorgesteld door Dave Jarvis:

Ik zou er ook aan willen toevoegen dat blauw licht het aardoppervlak bereikt dat sterk verstrooid is als gevolg van Rayleigh-verstrooiing, dus de absolute hoeveelheid energie die blauw licht wordt overgedragen is vergelijkbaar (of zelfs minder) dan die van andere delen van het zichtbare spectrum.
@AlexanderGalkin: Klopt, maar dat zou al in de rode curve moeten worden meegenomen (samen met atmosferische absorptie): voor blauw zie je een sterkere afwijking van zonlicht (gele curve) dan voor rood / IR (helaas heb ik de dataset niet zou beter zichtbaar zijn voor de foton dichtheid)
Als bladeren zwart waren, zouden ze te heet worden.
@David alleen als de geabsorbeerde energie niet efficiënt werd gebruikt, wat, zoals u suggereert, een reden zou zijn dat bladeren niet zwart zijn. Je zou ook groene maar inefficiënte en daarom hete bladeren kunnen hebben, maar de evolutie zou deze al kwijt zijn
@TobiasKienzler groene bladeren blijven koel door transpiratie, niet omdat ze efficiënt gebruik maken van zonnestraling.
Vergeet ook niet: evolutie produceert alleen iets dat goed genoeg is - niet optimaal. Als groen goed genoeg bleek te zijn, dan zou er een impuls zijn om zwarte bladeren te ontwikkelen.
Ik zou ook opmerken dat er andere fotosynthesizers zijn die de energieën gebruiken die planten niet gebruiken - zogenaamde paarse bacteriën - en deze kunnen ouder zijn dan groene fotosynthesizers. Het is aannemelijk dat de "groene kloof" oorspronkelijk is ontstaan ​​als een middel om licht te exploiteren dat niet door concurrerende organismen wordt geëxploiteerd.
Ik denk dat het is zoals [S.Albano] (http://biology.stackexchange.com/users/1522/s-albano) zegt: In normale omstandigheden verzamelen planten meer fotonen dan ze kunnen verwerken door de fotosynthetische chemie. Overtollige energie creëert * singletzuurstof *, die zeer giftig is. Planten verwijderen de overtollige energie met behulp van carotenoïden in de xanthofylcyclus. Ik denk dat chlorofyl de voorkeur heeft omdat het ook een grotendeels structurele rol heeft. (Speciaal paar in het reactiecentrum, fotosynthetische antennes, etc.)
Het is vermeldenswaard dat de bladeren in infrarood wit zijn. Alleen kunnen we dit niet met het blote oog zien.
@sanmai Dat is een nogal verwarrende uitspraak, wat bedoel je met "wit in infrarood"? Reflecterend?
@TobiasKienzler ja, ze absorberen geen infrarood omdat [er niet genoeg energie in zit om fotosynthese te starten] (https://www.reddit.com/r/askscience/comments/14jsms/can_plants_perform_photosynthesis_using_non/), en bovendien don wil niet oververhitten; vandaar reflectie
Dit verklaart nog steeds niet waarom ze groen zijn en niet geel of paars zeggen.
U zegt dat "diepzeeplanten inderdaad beter af zijn als ze rood zijn", maar volgens Wikipedia zijn er geen diepzeeplanten. "Natuurlijk licht dringt niet door de [diepe oceaan] (https://en.wikipedia.org/wiki/Deep_sea), met uitzondering van de bovenste delen van de mesopelagica. Omdat fotosynthese niet mogelijk is, kunnen planten niet in deze zone leven Hoewel er wat licht door de [mesopelagische zone] (https://en.wikipedia.org/wiki/Mesopelagic_zone) dringt, is het onvoldoende voor fotosynthese. " - Wikipedia
Het foton-ding met hoge energie is het gevolg van het feit dat ze groen zijn, niet de oorzaak. Met een ander pigment in plaats van chlorofyl konden ze het prima opnemen.
#2
+33
Rory M
2012-01-04 01:55:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik denk dat het komt door een afweging tussen het absorberen van een breed scala aan fotonen en het niet te veel warmte absorberen. Dit is zeker een reden waarom bladeren niet zwart zijn - de enzymen in de fotosynthese zoals die nu is, zouden gedenatureerd worden door de overtollige warmte die zou worden gewonnen.

Dit kan gedeeltelijk verklaren waarom groen wordt gereflecteerd in plaats van rood, zoals je suggereerde - door een hogere energiekleur weg te reflecteren, wordt de hoeveelheid thermische energie die door de bladeren wordt gewonnen, verminderd.

Ik denk dat het zonnespectrum [ook behoorlijk relevant is] (http://biology.stackexchange.com/a/462/303).
Het heeft meer te maken met het specifieke fotonenergieniveau (zie Tobias) dan met de thermische warmte die als zodanig wordt geleverd. Warmte is waarschijnlijk geen probleem voor gematigde / arctische planten die ook groen zijn.
Warmte is het minste probleem van een plant. Daarom kunnen we zwarte tulpen kweken zonder zelfkokende bloembladen. ;)
#3
+22
Poshpaws
2012-01-10 01:59:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Er is hier een best leuk artikel waarin de kleuren van hypothetische planten op planeten rond andere sterren worden besproken.

Sterren worden geclassificeerd op basis van hun spectraaltype, die wordt bepaald door hun oppervlaktetemperaturen. De zon is relatief heet en de spectrale energieverdeling pieken in het groene deel van het spectrum. De meeste sterren in de Melkweg zijn echter K- en M-type sterren die voornamelijk in het rood en infrarood uitstralen.

Dit is relevant voor deze discussie, aangezien elke fotosynthese op deze werelden zich zou moeten aanpassen aan deze golflengten van licht om door te gaan. Op planeten rond koele sterren zou het plantenleven (of het equivalent daarvan) wel eens zwart kunnen zijn!

OK, dit is niet helemaal onzin van astrobiologen. Het is eigenlijk heel relevant voor de zoektocht naar biosignaturen en leven op andere planeten. Om het reflectiespectrum van de planeten die we waarnemen te modelleren (dwz het licht dat wordt gereflecteerd door de primaire ster), moeten we proberen rekening te houden met mogelijke vegetatie.

Als we bijvoorbeeld een reflectiespectrum nemen van de aarde, zien we een karakteristieke piek in de rode "rode rand" die te wijten is aan het plantenleven aan de oppervlakte.

NASA heeft ook een korte pagina hierover hier.

mooie links, hoewel ik betwijfel of zwarte planten waarschijnlijk ergens zullen voorkomen, omdat daar waarschijnlijk te veel verschillende pigmenten voor nodig zijn
OK, misschien niet helemaal zwart maar erg donker. Er zijn verschillende landplanten met zeer donkere bladeren (bijvoorbeeld Oxalis triangularis). Toegegeven, veel zijn cultivars, maar dit toont wel aan dat er enkele donkere pigmenten beschikbaar zijn (ik veronderstel dat anthocyanen?)
[goed punt] (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oxalis_triangularis5.jpg). Misschien was het absorberen van groen in de meeste gevallen het eerste dat gebeurde (door evolutie) en was het voldoende, maar ik speculeer gewoon ...
#4
+15
S. Albano
2012-10-11 10:10:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Er spelen hier twee factoren een rol. Ten eerste is er de balans tussen hoeveel energie een plant kan verzamelen en hoeveel hij kan gebruiken. Het is geen probleem van teveel warmte, maar van teveel elektronen. Als het een kwestie van warmte was, zouden de bloembladen van een aantal bloemen die zijn geselecteerd op hun zwarte pigmentatie, worden afgekookt. ;)

Als een plant niet genoeg water heeft, te koud is, te warm is, te veel licht opvangt of een andere aandoening heeft waardoor de elektronentransportketen niet goed functioneert, stapelen de elektronen zich op in een proces genaamd fotoinhibitie.

Deze elektronen worden vervolgens overgebracht naar moleculen waarnaar ze niet zouden moeten worden overgebracht, waardoor vrije radicalen ontstaan, die schade aanrichten in de cellen van de plant. Gelukkig produceren planten andere verbindingen die een deel van de schade voorkomen door de elektronen te absorberen en rond te laten gaan als hete aardappelen. Deze antioxidanten zijn ook gunstig voor ons als we ze eten.

Dit verklaart waarom planten de hoeveelheid lichtenergie verzamelen die ze doen, maar verklaart niet waarom ze groen zijn en niet grijs of donkerrood. Er zijn zeker andere pigmenten die elektronen zouden kunnen genereren voor de elektronentransportketen.

Het antwoord daarop is hetzelfde als waarom ATP wordt gebruikt als het belangrijkste energietransportmolecuul in organismen in plaats van GTP of iets anders.

Chlorofyl a en b waren slechts de eerste dingen die tot stand kwamen en aan de vereiste voldeden. Zeker, een ander pigment zou de energie kunnen hebben verzameld, maar dat gebied van parameterruimte hoefde nooit te worden verkend.

Ik denk dat je gelijk hebt, dat de bottleneck niet zit in het verzamelen van de fotonen, maar in het verwerken ervan zonder al te veel singlet zuurstof te creëren. Een van de belangrijke factoren zou kunnen zijn dat chlorofyl ook een grote structurele rol speelt: het is niet alleen een verzamelaar van licht, maar maakt ook scheiding van lading mogelijk in het speciale paar van het reactiecentrum en vormt structureel veel pigment-eiwitcomplexen.
#5
+12
theforestecologist
2017-02-27 22:50:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik weet dat deze vraag een aantal jaren geleden is gesteld en beantwoord (met veel geweldige antwoorden), maar het viel me op dat niemand dit had benaderd vanuit een evolutionair perspectief (zoals het antwoord op deze vraag) ...

Kort antwoord

Pigmenten verschijnen alsof elke kleur niet wordt geabsorbeerd (bijv. ze verschijnen als de golflengte (n) van het licht dat ze reflecteren).

Blauw licht was de meest beschikbare golflengte van licht voor vroege planten die onder water groeiden, wat waarschijnlijk leidde tot de initiële ontwikkeling / evolutie van door chlorofyl gemedieerde fotosytemen die nog steeds worden waargenomen in moderne planten. Blauw licht is het meest beschikbare, meest hoogenergetische licht dat planten blijft bereiken, en daarom hebben planten geen reden om niet te blijven profiteren van dit overvloedige hoogenergetische licht voor fotosynthese.

Verschillende pigmenten absorberen verschillende golflengten van licht, dus planten zouden idealiter pigmenten bevatten die het meest beschikbare licht kunnen absorberen. Dit is het geval omdat zowel chlorofyl a als b voornamelijk blauw licht absorberen. Absorptie van rood licht is waarschijnlijk geëvolueerd zodra planten zich op het land hebben verplaatst vanwege de grotere overvloed (in vergelijking met onder water) en de hogere efficiëntie in fotosynthese.


Lang antwoord

Vroeg Planten ontwikkelen een modern fotosysteem

Het blijkt, net als de variabiliteit in transmissie van verschillende golflengten van licht door de atmosfeer, dat bepaalde golflengten van licht beter in staat zijn om diepere diepten van water te penetreren. Blauw licht reist doorgaans naar diepere diepten dan alle andere zichtbare golflengten van licht. Daarom zouden de vroegste planten geëvolueerd zijn om zich te concentreren op het absorberen van dit deel van het EM-spectrum.

https://disc.sci.gsfc.nasa.gov/education-and-outreach/additional/science-focus/ocean-color/images/spectral_light_absorption.gif

U zult echter merken dat groen licht ook relatief diep doordringt. Het huidige inzicht is dat de vroegste fotosynthetische organismen aquatische archaea waren, en (op basis van moderne voorbeelden van deze oude organismen) gebruikten deze archaea bacteriorhopsin om het grootste deel van het groene licht te absorberen.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/imgbio/plantblack.gif

Vroege planten groeiden onder deze paarse bacteriorhopsine-producerende bacteriën en moesten al het licht gebruiken dat ze konden krijgen. Als gevolg hiervan is het chlorofylsysteem ontwikkeld in planten om het beschikbare licht te gebruiken. Met andere woorden, op basis van het diepere penetrerende vermogen van blauw / groen licht en het verlies van de beschikbaarheid van groen licht voor pelagische bacteriën hierboven, hebben planten een fotosysteem ontwikkeld om voornamelijk in het blauwe spectrum te absorberen, omdat dat het licht was dat het meest beschikbaar was. voor hen .

  • Verschillende pigmenten absorberen verschillende golflengten van licht, dus planten zouden idealiter pigmenten opnemen die het meest beschikbare licht kunnen absorberen. Dit is het geval omdat chlorofyl a en b voornamelijk blauw licht absorberen.

  • Hier zijn twee voorbeeldgrafieken (van hier en hier) die het absorptiespectrum van typische plantpigmenten laten zien:

    Photosynthesis

Dus waarom zijn planten groen?

Zoals je uit de bovenstaande paragrafen kunt raden, ontwikkelden planten die vroeg onder water zo weinig groen licht kregen, een door chlorofyl gemedieerd fotosysteem dat niet de fysieke eigenschappen had om groen licht te absorberen. Als gevolg hiervan reflecteren planten licht op deze golflengten en zien ze er groen uit .

Maar waarom zijn planten niet rood? ...

Reden om stel deze vraag:

Gezien de bovenstaande informatie lijkt dit even plausibel. Omdat rood licht ongelooflijk slecht doordringt in water en grotendeels niet beschikbaar is op lagere diepten, lijkt het erop dat vroege planten geen middel zouden ontwikkelen om het te absorberen en daarom ook rood licht zouden reflecteren.

  • In feite ontwikkelden [relatief] nauw verwante rode algen een rood reflecterend pigment. Deze algen ontwikkelden een fotosysteem dat ook het pigment fycoerythrine bevat om het beschikbare blauwe licht te helpen absorberen. Dit pigment is niet geëvolueerd om de lage niveaus van beschikbaar rood licht te absorberen, en daarom reflecteert dit pigment het en laat het deze organismen rood lijken.

    • Interessant is dat, volgens hier, cyanobacteriën die ook dit pigment bevatten, gemakkelijk hun invloed op de waargenomen kleur van het organisme kunnen veranderen:

      De verhouding fycocyanine en fycoerythrine kan vanuit milieuoogpunt worden gewijzigd. Cyanobacteriën die met groen licht worden grootgebracht, ontwikkelen doorgaans meer fycoerythrine en worden rood. Dezelfde cyanobacteriën die in rood licht worden gekweekt, worden blauwachtig groen. Deze wederzijdse kleurverandering wordt 'chromatische aanpassing' genoemd.

  • Verder (hoewel er nog steeds over wordt gediscussieerd) volgens werk door Moreira et al (2000) (en bevestigd door talrijke andere onderzoekers) planten en rode algen hebben waarschijnlijk een gedeelde fotosynthetische fylogenie:

    drie groepen organismen zijn ontstaan ​​uit de primaire fotosynthetische endosymbiose tussen een cyanobacterie en een eukaryote gastheer: groene planten (groene algen + landplanten), rode algen en glaucofyten (bijvoorbeeld cyanophora).

Dus wat geeft het?

Antwoord:

Het simpele antwoord waarom planten niet rood zijn is omdat chlorofyl absorbeert rood licht .

Dit leidt ons tot de vraag: Absorbeerde chlorofyl in planten altijd rood licht (waardoor planten niet rood werden) of verscheen deze eigenschap later sterk >?

  • Als het eerste waar was, dan zien planten er niet rood uit, simpelweg vanwege de fysieke eigenschappen waartoe de chlorofylpigmenten evolueerden.

  • Voor zover ik weet, hebben we geen duidelijk antwoord op die vraag.

    • (anderen gelieve commentaar te geven als u bronnen kent die dit bespreken).
  • Echter, ongeacht wanneer rood licht absorptie geëvolueerd, planten zijn niettemin geëvolueerd om rood licht zeer efficiënt te absorberen .

    • Een aantal bronnen (bijv. Mae et al. 2000, Brins et al. 2000, en hier) evenals talloze andere antwoorden hierop vraag, suggereren dat de meest efficiënte fotosynthese plaatsvindt onder rood licht. Met andere woorden, rood licht resulteert in de hoogste "fotosynthetische efficiëntie".

      Chlorofyl a ook absorbeert licht op discrete golflengten korter dan 680 nm (zie figuur 16-37b). Een dergelijke absorptie brengt het molecuul in een van de verschillende hogere aangeslagen toestanden, die binnen 10 −12 seconden (1 picoseconde, ps) vervallen tot de eerste aangeslagen toestand P *, met verlies van de extra energie als warmte. Fotochemische ladingsscheiding vindt alleen plaats vanaf de eerste aangeslagen toestand van het reactiecentrum chlorofyl a, P *. Dit betekent dat de kwantumopbrengst - de hoeveelheid fotosynthese per geabsorbeerd foton - hetzelfde is voor alle golflengten van zichtbaar licht korter dan 680 nm.

Waarom bleven planten groen?

Dus waarom zijn planten niet geëvolueerd om groen licht te gebruiken nadat ze zich op het land hebben verplaatst / geëvolueerd? Zoals hier besproken, zijn planten vreselijk inefficiënt en kunnen ze niet al het beschikbare licht gebruiken. Als resultaat is er waarschijnlijk geen concurrentievoordeel om een ​​drastisch ander fotosysteem te ontwikkelen (d.w.z. met groen-absorberende pigmenten).

Dus de planten van de aarde blijven blauw en rood licht absorberen en reflecteren het groen. Omdat groen licht zo overvloedig de aarde bereikt, blijft groen licht het sterkst gereflecteerde pigment op planten en blijven planten groen lijken.

  • (Merk echter op dat andere organismen zoals vogels en insecten zien planten waarschijnlijk heel anders omdat hun ogen kleuren anders kunnen onderscheiden en ze meer van het sterk gereflecteerde UV-licht zien dan dat van ons).
#6
+11
The Last Word
2014-06-02 16:26:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De bioloog John Berman heeft de mening gegeven dat evolutie geen technisch proces is, en daarom is het vaak onderhevig aan verschillende beperkingen die een ingenieur of andere ontwerper niet is. Zelfs als zwarte bladeren beter waren, kunnen de beperkingen van de evolutie voorkomen dat soorten naar de absoluut hoogste top van het fitnesslandschap klimmen. Berman schreef dat het heel moeilijk kan zijn om pigmenten te krijgen die beter werken dan chlorofyl. In feite wordt aangenomen dat alle hogere planten (embryofyten) zijn geëvolueerd uit een gemeenschappelijke voorouder die een soort groene alg is - met het idee dat chlorofyl maar één keer is geëvolueerd. ( referentie)

Planten en andere fotosynthetische organismen zijn grotendeels gevuld met pigment-eiwitcomplexen die ze produceren om zonlicht te absorberen. Het deel van de fotosynthese-opbrengst dat ze hierin investeren, moet dus in verhouding zijn. Het pigment in de onderste laag moet voldoende licht ontvangen om zijn energiekosten terug te verdienen, wat niet kan als een zwarte bovenlaag al het licht absorbeert. Een zwart systeem kan dus alleen optimaal zijn als het niets kost ( referentie).

Rood en geel licht heeft een langere golflengte, licht met een lagere energie, terwijl het blauwe licht een hogere energie heeft. Het lijkt vreemd dat planten het lagere energetische rode licht zouden oogsten in plaats van het hogere energetische groene licht, tenzij je bedenkt dat, net als al het leven, planten voor het eerst in de oceaan zijn geëvolueerd. Zeewater absorbeert snel het hoogenergetische blauwe en groene licht, zodat alleen het lagere energie, langere golflengte rode licht in de oceaan kan doordringen. Omdat vroege planten en nog steeds het meeste plantenleven in de oceaan leefden, was het het meest effectief om hun pigmenten te optimaliseren om de rode en gele kleuren die aanwezig waren in het oceaanwater te absorberen. Hoewel het vermogen om blauw licht met de hoogste energie op te vangen behouden bleef, lijkt het onvermogen om groen licht te oogsten een gevolg te zijn van de noodzaak om de lagere energie van rood licht te kunnen absorberen ( referentie).

Nog wat speculaties over het onderwerp: ( referentie)

#7
+5
diogenes
2015-06-03 00:40:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mijn antwoord bestaat uit verschillende delen.

Ten eerste heeft evolutie het huidige systeem / de huidige systemen over ontelbare generaties geselecteerd door middel van natuurlijke selectie. Natuurlijke selectie hangt af van verschillen (groot of klein) in de efficiëntie van verschillende oplossingen (fitness) in het licht (ho ho!) Van de huidige omgeving. Hier is het zonne-energiespectrum belangrijk, evenals lokale omgevingsvariabelen zoals lichtabsorptie door water enz. Zoals opgemerkt door een andere responder. Wat je tenslotte hebt is wat je hebt en dat blijkt (in het geval van typische groene planten) chlorofyl A en B en de "licht" en "donker" reacties te zijn.

Ten tweede, hoe leidt dit tot groene planten die groen lijken? Absorptie van licht is iets dat plaatsvindt op atomair en moleculair niveau en omvat meestal de energietoestand van bepaalde elektronen. De elektronen in bepaalde moleculen kunnen van het ene energieniveau naar het andere gaan zonder het atoom of molecuul te verlaten. Wanneer energie van een bepaald niveau het molecuul raakt, wordt die energie geabsorbeerd en gaan één of meer elektronen naar een hoger energieniveau in het molecuul (behoud van energie). Die elektronen met hogere energie keren gewoonlijk terug naar de "grondtoestand" door die energie uit te zenden of over te dragen. Een manier waarop de energie kan worden uitgezonden, is als licht in een proces dat fluorescentie wordt genoemd. De tweede wet van de thermodynamica (die het onmogelijk maakt om perpetuum mobile-machines te hebben) leidt tot de emissie van licht met een lagere energie en een langere golflengte. (n.b. golflengte (lambda) is omgekeerd evenredig met energie; rood licht met lange golflengte heeft minder energie per foton dan violet met korte golflengte (ROYGBIV zoals te zien in je gewone regenboog)).

Hoe dan ook, chlorofylen A en B zijn complexe organische moleculen (C, H, O, N met een scheutje Mg ++) met een ringstructuur. Je zult zien dat veel organische moleculen die licht absorberen (en ook fluoresceren) een ringstructuur hebben waarin elektronen "resoneren" door met gemak door de ring te bewegen. Het is onder meer de resonantie van de elektronen die het absorptiespectrum van een bepaald molecuul bepalen. Raadpleeg Wikipedia-artikel over chlorofyl voor het absorptiespectrum van de twee chlorofylen. U zult zien dat ze het beste absorberen bij korte golflengten (blauw, indigo, violet) en bij lange golflengten (rood, oranje, geel), maar niet in het groen. Omdat ze de groene golflengten niet absorberen, is dit wat er overblijft en dit is wat je oog waarneemt als de kleur van het blad.

Ten slotte, wat gebeurt er met de energie uit het zonnespectrum die tijdelijk geabsorbeerd door de elektronen van chlorofyl? Omdat het geen deel uitmaakt van de oorspronkelijke vraag, zal ik dit kort houden (excuses aan plantenfysiologen die er zijn). In de "lichtafhankelijke reactie" worden de energetische elektronen door een aantal tussenliggende moleculen overgebracht om uiteindelijk water te "splitsen" in zuurstof en waterstof en energierijke moleculen ATP en NADPH te genereren. De ATP en NADPH worden dan gebruikt om de "lichtonafhankelijke reactie" aan te drijven die CO2 opneemt en combineert met andere moleculen om glucose te creëren. Merk op dat dit is hoe je glucose krijgt (in ieder geval uiteindelijk in een of andere vorm, veganistisch of niet) om te eten en zuurstof om in te ademen.

Bekijk wat er gebeurt als je de chlorofylen kunstmatig loskoppelt van het transfersysteem. dat leidt tot glucosesynthese. http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_fluorescence Let op de kleur van de fluorescentie onder UV-licht!

Alternatieven? Kijk naar fotosynthetische bacteriën.

#8
+1
John
2017-01-13 22:48:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tobias Keinzler legt goed uit waarom zwarte planten niet zouden werken, dit is een verklaring waarom planten groen zijn en niet een andere kleur.

De kleur van het blad is gebaseerd op de kleur van bacteriën (of archaea) die worden opgenomen om bladgroenkorrels te worden. Of meer specifiek de kleur van hun lichtabsorberende pigmenten. er is in de natuur een enorm scala aan kleuren in fotosynthetische organismen, planten zijn groen omdat chlorofyl groen is, het had net zo goed rood of paars kunnen zijn. http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html

Er is behoorlijk bewijs dat voorouders van chloroplast de marges absorberen van het zichtbare spectrum omdat halobacterium de belangrijkste bestanddelen absorberen, omdat de chlorofylgebruikers niet rechtstreeks met hen concurreerden in plaats van het overgebleven licht te absorberen. Pas later, toen ze werden opgenomen in grotere cellen, gingen ze domineren en uiteindelijk brachten ze planten voort. Planten zijn niet groen omdat groen beter is, planten zijn groen omdat dit het eerste efficiënte fotosynthetische pigment is dat evolueerde dat niet concurreerde met de dominante fotosynthesizer.

enter image description here



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...