地球上最早的調(diào)光大師

盧天放

藍(lán)紫色更能吸引蜜蜂所以花心處常呈現(xiàn)藍(lán)紫色

現(xiàn)代社會(huì)，自拍幾乎是人人必會(huì)的技能，而自拍過(guò)程中光線是至關(guān)重要的，一張成功的自拍離不開(kāi)恰到好處的光線，因此學(xué)會(huì)如何調(diào)光變成了現(xiàn)代人的必修課。調(diào)光這件事，也許我們可以向植物學(xué)習(xí)，畢竟它們可算史上最早的“調(diào)光大師”。

花瓣上的“玄機(jī)”

別看我們?nèi)庋劭吹降闹参锏幕ò旰孟穹浅９饣诳茖W(xué)家們的顯微鏡下，其實(shí)它們有著非常復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)。

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(gè)個(gè)大約五分之一毫米高的錐形塔，一個(gè)個(gè)小塔順著花瓣螺旋排布成復(fù)雜的分形圖案。當(dāng)水滴落到蓮花花瓣上時(shí)，它根本無(wú)法“站穩(wěn)”，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(dòng)，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(huì)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(jié)構(gòu)有關(guān)。將蝴蝶翅膀放大5000倍，我們能看到一副波瀾壯闊的“地形圖”：“山脊”“溝壑”和“河流”應(yīng)有盡有，這正是蝴蝶鱗片堆疊出的形狀。鱗片堆疊出眼點(diǎn)、條紋和漸變等圖案，在光線的強(qiáng)弱和角度變化下，還會(huì)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(fā)生的折射和衍射現(xiàn)象也不同，這樣萬(wàn)紫千紅的鮮花就出現(xiàn)了。

花瓣操縱蜜蜂

花瓣的微結(jié)構(gòu)為什么這么復(fù)雜，只是為了“愛(ài)美”嗎？其實(shí)，花朵們之所以長(zhǎng)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(gè)生態(tài)系統(tǒng)可能很快就會(huì)崩潰。而在多年的互助互利的生活中，植物們學(xué)會(huì)了用花蜜利誘蜜蜂外的更好方法，那就是“光控”——通過(guò)調(diào)光改變花色來(lái)指揮蜜蜂，這也是針對(duì)蜜蜂的視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)化來(lái)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(lán)色和綠色組合而成，而蜜蜂將顏色劃分為紫外線、藍(lán)色和綠色。由于這點(diǎn)不同，花朵傾向于變成藍(lán)紫色，即使沒(méi)有相應(yīng)的色素，也會(huì)改變結(jié)構(gòu)發(fā)出更多的藍(lán)紫色。由此，一些鮮花也衍生了僅能被蜜蜂看見(jiàn)的美麗圖案，比如在紫光燈下，向日葵、報(bào)春花和紫羅蘭的花瓣上就出現(xiàn)了更加繁復(fù)的圖案，這些圖案能讓蜜蜂在萬(wàn)花叢中一眼將它們區(qū)分出來(lái)。

蜜蜂也比人類更快地看到顏色，它們的色覺(jué)是動(dòng)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(qū)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(dòng)的過(guò)程中，花瓣會(huì)根據(jù)角度而改變顏色，蜜蜂看到了這些因?yàn)樽兩裨陂W光的花瓣，就像接收到了花瓣發(fā)出的信號(hào)：我有甜蜜的花蜜，快來(lái)啊！于是，蜜蜂義無(wú)反顧地向著花朵飛去，花也實(shí)現(xiàn)了授粉的需求。

蓮花花瓣的石蠟分子層聚水示意圖

花朵確實(shí)利用光線和花色給蜜蜂發(fā)出了信號(hào)，在多年的演化下，蜜蜂也早就將這些信號(hào)與花蜜聯(lián)系在了一起。英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他們用塑料片制作了兩種人造花，一種“花”呈現(xiàn)出彩虹色，另一種則仿照真花發(fā)出藍(lán)綠或藍(lán)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(fā)現(xiàn)，從籠子中出來(lái)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(dāng)兩種“花”同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，蜜蜂還是第一時(shí)間飛向了藍(lán)紫色的“花”。

調(diào)光技術(shù)高超

植物對(duì)光的調(diào)控可謂是爐火純青，除了操縱蜜蜂外，它還是最能“捕獲”太陽(yáng)光的生物。

生物物理學(xué)家格里高利·恩格爾觀察過(guò)光合作用的全過(guò)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(guò)程都會(huì)下降到最低點(diǎn)，有利于對(duì)光合作用的觀察。然后用波長(zhǎng)極短、能量很高的激光脈沖對(duì)其進(jìn)行照射，通過(guò)操縱激光，研究人員可以跟蹤細(xì)菌光合作用過(guò)程中的能量流。

結(jié)果表明，在光能捕獲的過(guò)程中，光就像一個(gè)“迷路”的孩子，穿越葉綠體“迷宮”時(shí)會(huì)沿著兩條以上的路線出發(fā)，但每個(gè)方向都會(huì)撞上沿途的色素粒子，這些粒子會(huì)將一束束光波帶到最終的反應(yīng)區(qū)域。葉綠體的這種工作模式在植物身上比比皆是，大大增強(qiáng)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(zhuǎn)換為化學(xué)能，該過(guò)程反應(yīng)時(shí)間僅為千萬(wàn)億分之一秒，甚至更少。

科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里“制造”葉綠體

數(shù)次實(shí)驗(yàn)蜜蜂都更青睞藍(lán)紫色的假花

而人類利用太陽(yáng)光的效率與植物相比則遜色不少——迄今為止記錄到的市售太陽(yáng)能電池的最大效率為33.7%。之所以會(huì)這樣，很大一個(gè)原因就是太陽(yáng)能在電池板內(nèi)傳遞的過(guò)程中不斷被轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉了。

向植物學(xué)習(xí)也許是一個(gè)好方法，吉林大學(xué)的一個(gè)研究小組利用生物技術(shù)做了一個(gè)完整的“葉綠體”，然后通過(guò)光譜分析和電鏡觀察等方法，確認(rèn)它發(fā)揮著與天然葉綠體相同的能量轉(zhuǎn)移功能。未來(lái)，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(yáng)能板上。

當(dāng)我們還在糾結(jié)如何運(yùn)用和調(diào)控光時(shí)，不妨看看植物，畢竟它們運(yùn)用光的歷史比我們?cè)缌撕脦變|年。