3月11日，日本地震和海嘯導(dǎo)致福島核電站發(fā)生7級事故；5月31日，德國宣布將停止使用核電站。與此同時，國際原油價格維持高位運行，化石能源的枯竭也近在眼前，太陽能轉(zhuǎn)化效率遲遲得不到提高，風能發(fā)電儲能技術(shù)沒有突破性進展且不能平穩(wěn)輸出電能，水能開發(fā)帶來的局部生態(tài)問題成為開發(fā)之痛。
　　吃太陽的家伙們
　　事實上，無論國際能源形勢如何變化，很長一段時間之內(nèi)，人類的能源仍然需要依靠太陽，這個可以供給功率達12萬太瓦（1太瓦=1萬億瓦）巨大能量的反應(yīng)堆，是人類取之不竭的能量源泉，只要收集1小時的太陽能，就可以滿足目前人類全年的能源需求。為了接受太陽的能量，自然界早已為我們準備好了光合作用發(fā)電廠——綠色植物，我們所要做的就是提高它們的生產(chǎn)效率，并將它們生產(chǎn)的“能量塊”并入我們的能量系統(tǒng)。
　　雖然太陽光的總量可觀，但是其分布并不均勻，且不說季節(jié)交替造成的日照長短變化，單單是陰晴變化就能在很大程度上影響植物光合作用的效率。當光照強度下降到正常值一半的時候，玉米的產(chǎn)量甚至?xí)陆?0%之多。更重要的是，這些吃不飽的植物會放棄開花結(jié)果，僅僅在水稻籽粒發(fā)育期間降低光照，產(chǎn)量因此會下降40%以上；而陰雨天的桃子不甜，也是因為葉片無法為它們輸送蔗糖造成的?？磥?，植物吃不夠陽光，以果實、籽粒為食的人類恐怕要面臨比恐龍更嚴峻的食物危機了。
　　當然植物也不會坐以待斃，它們會想方設(shè)法提高產(chǎn)量。桃樹葉片在長時間的弱光條件下，會變得更薄更大，增加跟光線的親密接觸。同時，它們還會調(diào)整葉片中的葉綠素組成，制造出更多的葉綠素b，捕捉那些平常從葉片間輕易溜走的短波（藍紫色）漫射光。
　　在漫長的進化歷程中，植物只選擇了吸收紅光的葉綠素a和吸收藍紫光的葉綠素b，利用光的強度著實有限。實際上，為了應(yīng)對弱光環(huán)境，還有些植物還衍生出了吸收長波光線的色素。就在不久前，研究人員在西澳大利亞鯊魚灣的一個藻青菌菌落中偶然提取到這種葉綠素，將其命名為葉綠素f。實驗表明，葉綠素f可通過吸收光譜上限為720納米的光參與光合作用，它們吸收的光線已經(jīng)處于近紅外區(qū)域，比葉綠素b和葉綠素a的吸收光譜更接近紅外。擁有此類色素的植物，可以大大擴展種植范圍，甚至有可能在日后的星際旅行中發(fā)揮重要作用——我們很可能會碰上紅外光占優(yōu)勢的恒星星系。
　　就目前而言，如果把這些色素的吸收能力都綜合起來，得到的綜合吸收能力強大的植物，會比如今的植物捕捉到更多的太陽光子，可以大大提高對太陽光的利用效率。
　　玉米和水稻的不同
　　不過話說回來，低光照不好，高光照更有害。那些被葉綠素吸收但又使用不完的能量，會唆使活性氧出來搗亂，破壞葉綠體和細胞結(jié)構(gòu)，植物也面臨被曬傷的后果。
　　要解決這個問題，就需要將葉綠素吸收到的能量迅速用光，儲存到糖類物質(zhì)中去。而這個又跟葉片吸收二氧化碳的能力密切相關(guān)?？茖W(xué)家們把目光投向了以玉米為代表的C4植物。
　　與一般的以水稻為代表的C3植物等待二氧化碳滲入氣孔參與光合作用不同，C4植物可以先將二氧化碳與一種叫磷酸烯醇式丙酮酸物質(zhì)結(jié)合形成草酰乙酸（分子中有4個碳原子）儲存起來。這就像在葉片中安裝了一臺二氧化碳壓縮機，大大提高了反應(yīng)的強度和效率。科研人員正嘗試將C4植物（如玉米）的基因?qū)隒3植物（如水稻）中去，并且取得了初步成果，這些轉(zhuǎn)基因的植物表現(xiàn)出了部分C4植物的特征，為提高光合作用效率和作物產(chǎn)量提供了新的思路。
　　當然，如果像我們這樣的動物也能進行光合作用，那就減少了很多能源制造和運輸，至少生產(chǎn)食物的費用能削減不少。不過，目前來看這只是幻想罷了。一個正常成年人在不運動的情況下，每天要消耗大約4600千焦的熱量?？墒悄壳鞍l(fā)現(xiàn)的光合機器并不像汽車引擎那么強悍。除去呼吸作用，每平方米葉片在一個大晴天中只能生產(chǎn)4-6克的干物質(zhì)，即便是把頭頂和腳底板的面積都算上，成年人的平均體表面積不過2平方米，按能量最高的干物質(zhì)——脂肪計算（其實干物質(zhì)大部分是能量不到脂肪一半的碳水化合物），相當于最多積累445千焦的能量，勉強夠你閱讀這份雜志所需的能量。如果不長點支支叉叉，或者像蝙蝠有可以伸縮的皮膜來吸收陽光，恐怕即使全裸在陽光下也吸收不到足夠的能量。