Эволюционная загадка зелёной листвы и… пурпурная Земля
Кандидат физико-математических наук Алексей Понятов
Ответ на вопрос, почему листья и трава зелёные, знает, наверное, каждый: потому что они содержат хлорофилл — важнейший пигмент, который отвечает в растениях за процесс фотосинтеза.
И в этом кроется огромная загадка. Дело в том, что максимум излучения Солнца приходится как раз на жёлто-зелёную область видимого спектра (около 500 нм). И, например, человеческий глаз (также возникший в ходе эволюции) лучше всего видит именно в этом диапазоне. К слову, поэтому изображение на старых монохромных компьютерных дисплеях и в приборах ночного видения чаще всего зелёного цвета.
Почему же в случае хлорофилла природа поступила с точностью до наоборот, проигнорировав самый энергетически выгодный диапазон? А ведь естественный отбор безжалостен — организмы, которые используют ресурсы хуже конкурентов, вымирают. Как получилось, что хлорофилл не просто выжил, но и стал доминировать? Неужели эволюция «ошиблась»? Окончательно этот вопрос пока не решён, но некоторые соображения высказать можно.
Традиционный ответ гласит, что отказом от поглощения зелёной части спектра эволюция уберегла хлорофилл от переизбытка энергии и последующего перегрева. Это обеспечило его работоспособность, ведь при температурах выше 40°C эффективность фотосинтеза у большинства растений начинает резко падать. Однако у такого аргумента есть недостатки. Во-первых, непонятно, почему ради этого нужно было исключать именно промежуточный, зелёный, диапазон, а не ограничить поглощение красного или синего. Во-вторых, существуют исследования, которые показывают, что добавление ещё одного диапазона поглощения не повысит температуру листьев настолько, чтобы с этим не справилась их система охлаждения, основанная на испарении воды через микроскопические отверстия — устьица на поверхности листьев. В-третьих, хлорофилл появился в глубокой древности у бактерий, обитавших в море и не имевших никаких листьев; с охлаждением у них не должно было быть проблем. Но и среди водных фотосинтезирующих организмов нет хлорофилла, настроенного на зелёный.
В принципе, возможен вариант, что хлорофилл приобрёл свои свойства в результате некой случайной мутации, а затем оптимизировался, поскольку достаточно эффективно обеспечивал фотосинтез. Эволюция очень неохотно расстаётся с удачными находками. Однако кажется сомнительным, чтобы такое сложное решение возникло случайно, тем более что существует и другое объяснение указанной особенности хлорофилла: ему просто не оставили выбора. Ко времени его появления зелёный свет уже поглощали более древние организмы, действовавшие по принципу «кто раньше встал, того и тапки». Из-за особенности их цвета это объяснение получило красивое название гипотезы пурпурной Земли. Давайте остановимся на ней подробнее и заодно попытаемся понять, как в ходе эволюции хлорофилл оказался для фототрофов наиболее выгодным пигментом для улавливания солнечного света (название фототрофы происходит от древнегреческих слов: фотос — свет, трофи — питание)...
Статьи по теме
Продолжение статьи читайте в номере журнала
