В детстве нам было интересно, почему листья зелёные, а небо - голубое. Но тогда мы не в состоянии были эти сложные явления понять. В школе, скорее всего, были вопросы и поважнее. А когда повзрослели, цвет предметов стал настолько привычным явлением, что отпало всякое желание разбираться. Так чудеса становятся обыденностью. Но они никуда не исчезают - стоит только снова задать себе нужный вопрос. Так почему (и зачем) листья - зелёные?
Свет и Цвет
Сначала вспомним, что такое цвет. Наши органы зрения способны воспринимать волновое излучение в очень узком, буквально малюююсеньком диапазоне. Но даже эта ничтожно малая часть - видимый белый свет - дарит нам возможность воспринимать потрясающее разнообразие цветов и оттенков. А всё потому, что обычный белый свет солнца на самом деле сложный: он "таит" в себе разноцветный спектр. Способность видимого белого света разлагаться на спектральные цвета, как мы помним (или не помним) из школьной физики, называется дисперсией света и осчастливливает нас таким чудесным явлением, как радуга. Да и просто позволяет нам видеть ЦВЕТ предметов.
Зелёная улыбка Чеширского кота на фото выше - одноклеточная микроводоросль. Её освещает обычный белый свет. Но пигмент хлорофилл внутри клетки, поглощая все "цвета радуги" спектра, отражает зелёную и желтую часть. Потому мы и видим водоросль такой чудесно-зелёной.
Ну, с цветом понятно. А вот с какой целью хлорофилл поглощает свет?
Проблемы энергообеспечения
Не только автомобилю и компьютеру, заводам и пароходам нужна энергия, но и всему живому в первую очередь. Где брать? Энергии, на самом деле, на планете полно - бери не хочу. Но она находится в очень разных, и, чаще всего, в труднодоступных для извлечения или использования формах. Вот как использовать энергию того же ветра, если у тебя нет даже такого примитивного устройства, как мельница? Или что толку в цистерне бензина, которая стоит перед носом, если ты работаешь на электричестве? Так что энергию нужно не просто где-то добывать (извлекать), но и как-то перерабатывать в доступную для использования. Учитывая варварские законы термодинамики, царящие во Вселенной - дело это весьма непростое (но это отдельная история).
Зелёный биологический пигмент хлорофилл - это ни что иное, как молекула-ловушка для света, которую (путём эволюции), "научились" создавать живые клетки. Хлорофилл ловит энергию света в виде квантов и передаёт её (но уже в виде электронов) другим элементам фотосистемы. То есть фотосинтез – это ни что иное, как хитрый способ живых существ уловить бесплатную энергию термоядерного реактора под названием Солнце, затем перевести эту световую энергию в электрохимическую, и в конце-концов – в химическую форму. С энергией, заключенной в химические связи, живая клетка может уже делать всё, что пожелается: тратить, запасать. Создавать при помощи неё или разрушать. А ещё, энергией, запасенной в органических молекулах (белках, сахарах, жирах), могут пользоваться всякие иждивенцы - те бестолочи (зачеркнуто) живые существа, которые сами обеспечивать себя энергией не умеют (да, да, это и мы с вами тоже).
Дешёвая энергия и экологическая катастрофа
Трансформировать энергию солнца в доступную для использования форму живые клетки научились еще на заре зарождения жизни. Основные типы фотосинтеза были «изобретены», как сейчас полагают, около 3,6 млрд лет назад, а может даже раньше https://indicator.ru/biology/fotosintez--rovesnik-zhi.. . Конечно, это были не растения (которых тогда не было и в помине), а первые одноклеточные организмы прокариоты.
Нужно обязательно упомянуть, что фотосинтез бывает двух типов. Бескислородный - при нём кислород не выделяется, а в качестве донора электронов нужны довольно дефицитные соединения (например серы). И кислородный фотосинтез, при котором для превращения энергии света в электрохимическую используется не сера, а такое «дешевое» вещество как... вода.
Чтобы отобрать у молекул воды электроны - нужно очень хорошо постараться - вода плохой восстановитель. А ещё при этом образуются высокоактивные продукты, способные повредить структуры самой клетки - то есть работа фотосистем кислородного фотосинтеза – это "горячее" и довольно вредное для клетки энергетическое производство. Но воды, в отличие от соединений той же серы, на планете было соблазнительно много, и возможно потому появление кислородного фотосинтеза было так активно поддержано отбором. Мало того, кислородный фотосинтез на воде оказался настолько эффективным изобретением, что в конце-концов произвёл революцию планетарного масштаба!
Как жёлтое стало голубым
Древняя атмосфера Земли изначально была похожа на современную Венерианскую – основным газом являлся углекислый (СО2). Небо на молодой Земле было желтоватым, так как СО2 рассеивает именно этот спектр света. Смотрелось, наверное, так себе... Но, вооружившись кислородным фотосинтезом, при котором используется самое распространённое сырье и самая дешевая энергия, бурно развивающаяся одноклеточная жизнь «напроизводила» на своём фотохимическом производстве столько кислорода, что изменила состав атмосферы Земли.
Произошло это где-то около 2,4 млрд лет назад: небо тогда стало таким, как мы его привыкли видеть: прекрасным и голубым. Но это была настоящая экологическая катастрофа для живущих. В отличие от углекислого газа, кислород – агрессивный окислитель, и большинство одноклеточных жителей Земли были к такому раскладу совершенно не готовы. Ну, кто был не готов - отбор, как говорится, не виноват - они благополучно вымерли.
"Приятно сознавать, что не только человек способен так загадить окружающую среду, что потом сам не может в ней жить"(С.В.Дробышевский)
Потери и приобретения
Жизнь - упорное и находчивое явление. Выжившие после экологической катастрофы одноклеточные не только замечательно приспособились к новым условиям существования, но стали также активно использовать агрессивный кислород, которого теперь было - завались. Для чего? Для извлечения энергии, конечно! Кислород оказался отличным окислителем органики - он «выжимает» максимум энергии из одной молекулы глюкозы. Если при бескислородном окислении (брожении) из одной молекулы глюкозы получается всего 2 единицы энергии (АТФ), то при кислородном окислении глюкозы (дыхании) – 32!
Ну, а дальше – пошло-поехало. Благодаря бесплатной энергии солнца и такому эффективному окислению органики начался бум развития самых разнообразных форм жизни. Появились даже многоклеточные гиганты, которые впоследствии освоили сушу. А некоторые безволосые обезьяны даже Космос уже пытаются осваивать… Вот что значит эффективное производство и дешёвая энергия:)
На фото выше - цианобактерии, предполагаемые потомки первых изобретателей кислородного фотосинтеза. Давайте снимем перед ними шляпу! Без кислородного фотосинтеза небо на планете, наверное, так и осталось бы желтым, а жизнь, вероятно, не прыгнула бы выше одноклеточных форм. И не читали бы вы эту историю, а были малюсенькой бактерией, у которой нет ни мозга, ни сознания.
Самый важный цвет
Ну что ж, после такой истории с уверенностью можно сказать, что зелёный - самый важный биологический цвет для жизни на планете. Благодаря зелёному хлорофиллу живые существа успешно подключились к термоядерному реактору под названием Солнце. С тех пор, каждый фотосинтезирующий организм (даже крохотный) - это солнечная батарея, которая "кормит" энергией не только себя, но и всех остальных существ на планете. А ещё, зелёный цвет, который создали клетки, сделал небо на нашей планете голубым:)
Чудеса, да и только!
(Что можно дополнительно почитать: про световую фазу фотосинтеза: https://biocpm.ru/fotosintez-svetovaya-faza
про атмосферу Венеры: http://galspace.spb.ru/index12.html про кислородную революцию: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/433446/Kislorodnaya_revolyutsiya_i_Zemlya_snezhok )
#жизнь #планета #Земля #фотосинтез #хлорофилл #пигменты #цвет #зелёный
