“調(diào)光大師”的大師課

現(xiàn)代社會(huì)，自拍幾乎是人人都會(huì)的技能，而在拍攝過(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。調(diào)光這件事，也許我們可以向植物學(xué)習(xí)，畢竟它們可算是史上最早的“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)家的顯微鏡下，它們其實(shí)有著非常復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)。

幾乎所有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。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0.2毫米高的錐形塔，一個(gè)個(gè)小塔順著花瓣排布成復(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匯在一處，最后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，姹紫嫣紅、五彩繽紛，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)。將蝴蝶翅膀在顯微鏡下放大5 0 0 0倍觀察，我們能看到一幅波瀾壯闊的“地形圖”：“山脊”“溝壑”“河流”應(yīng)有盡有，這都是蝴蝶鱗片堆疊形成的形狀。鱗片堆疊出諸如眼點(diǎn)、條紋和漸變圖案，在光線強(qiáng)弱和視角變化下，會(huì)呈現(xiàn)出絢爛的色彩。花瓣也不遑多讓，不同種類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，花朵的萬(wàn)紫千紅就出現(xiàn)了。

愛(ài)和恨，全由你“操縱”

花瓣的微結(jié)構(gòu)為什么這么復(fù)雜？是因?yàn)椤皭?ài)美”嗎？其實(shí)，它們是以此“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)很快就會(huì)崩潰。而在多年的互助互利的生活中，植物還學(xué)會(huì)了除用花蜜引誘外更好地吸引蜜蜂的方法，那就是“光控”——通過(guò)調(diào)光改變花色，以此吸引蜜蜂，這也是針對(duì)蜜蜂的視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)化而來(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，蜜蜂眼里的卻是紫色、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，它們也會(huì)改變結(jié)構(gòu)來(lái)呈現(xiàn)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)。

蜜蜂也比人類能更快地看到顏色，它們的色覺(jué)非常敏銳。在高速飛行中，我們可能難以區(qū)分不同的花朵，但蜜蜂可以看清每一朵花。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)：“我有甘甜的花蜜，快來(lái)啊！”于是，蜜蜂義無(wú)反顧地向著花朵飛去，花也因此實(shí)現(xiàn)了授粉的需求。

花朵確實(shí)利用光線和花色給蜜蜂發(fā)出了信號(hào)，在多年的演化過(guò)程中，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；研究人員在這兩種花的附近都放了一小盞糖水，以觀察蜜蜂的去向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，即使兩種花附近的糖水完全相同，當(dāng)它們同時(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)光大師”

植物對(duì)光的調(diào)控可謂爐火純青，除了“操縱”蜜蜂，還能“捕獲”太陽(yáng)光。

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-1 9 5℃，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)，這有利于對(duì)光合作用的觀察。研究人員用波長(zhǎng)極短、能量很高的激光脈沖對(duì)綠硫菌進(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，在捕獲光能的過(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中比比皆是，大大增強(qiáng)了植物捕獲光的能力。植物可“鎖住”大約9 5% 的照射到自己身上的光線的光能，并將其轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，而該過(guò)程時(shí)間僅為千萬(wàn)億分之一秒，甚至更短。

人類利用太陽(yáng)能的效率與植物相比遜色不少。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)程中被不斷轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉了。

向植物學(xué)習(xí)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)換功能。未來(lái)，這種人造葉綠體或可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)，不妨好好向“調(diào)光大師”請(qǐng)教，認(rèn)認(rèn)真真上一堂“大師課”。畢竟，植物運(yùn)用光的歷史比我們可早了好幾億年。