盧天放

現(xiàn)代社會，自拍幾乎是人人必會的技能，而自拍過程中光線是至關(guān)重要的，一張成功的自拍離不開恰到好處的光線，因此學(xué)會如何調(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?，在科學(xué)家們的顯微鏡下，其實它們有著非常復(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個大約五分之一毫米高的錐形塔，一個個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，它根本無法“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，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，我們能看到一幅波瀾壯闊的“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、條紋和漸變等圖案，在光線的強(qiáng)弱和角度變化下，還會折射出絢爛的色彩。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“愛美”嗎？其實，花朵們之所以長得這么妖嬈多姿，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，整個生態(tài)系統(tǒng)可能很快就會崩潰。而在多年的互助互利的生活中，植物們學(xué)會了用花蜜利誘蜜蜂外的更好方法，那就是“光控”——通過調(diào)光改變花色來指揮蜜蜂，這也是針對蜜蜂的視覺系統(tǒng)進(jìn)化來的。

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。由于這點不同，花朵傾向于變成藍(lán)紫色，即使沒有相應(yīng)的色素，也會改變結(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的美麗圖案，比如在紫光燈下，向日葵、報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花叢中一眼將它們區(qū)分出來。

蜜蜂也比人類更快地看到顏色，它們的色覺是動物世界中最快的，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，在蜜蜂不停移動的過程中，花瓣會根據(jù)角度而改變顏色，蜜蜂看到了這些因為變色而像在閃光的花瓣，就像接收到了花瓣發(fā)出的信號：我有甜蜜的花蜜，快來??！于是，蜜蜂義無反顧地向著花朵飛去，花也實現(xiàn)了授粉的需求。

花朵確實利用光線和花色給蜜蜂發(fā)出了信號，在多年的演化下，蜜蜂也早就將這些信號與花蜜聯(lián)系在了一起。英國劍橋大學(xué)的研究人員做了一個實驗，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”同時出現(xiàn)時，蜜蜂還是第一時間飛向了藍(lán)紫色的“花”。

調(diào)光技術(shù)高超

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

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

結(jié)果表明，在光能捕獲的過程中，光就像一個“迷路”的孩子，穿越葉綠體“迷宮”時會沿著兩條以上的路線出發(fā)，但每個方向都會撞上沿途的色素粒子，這些粒子會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，該過程反應(yīng)時間僅為千萬億分之一秒，甚至更少。

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

向植物學(xué)習(xí)也許是一個好方法，吉林大學(xué)的一個研究小組利用生物技術(shù)做了一個完整的“葉綠體”，然后通過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，這種人造葉綠體可以作為能量傳遞的一分子，被安裝到太陽能板上。

當(dāng)我們還在糾結(jié)如何運用和調(diào)控光時，不妨看看植物，畢竟它們運用光的歷史比我們早了好幾億年。

（摘自《科學(xué)之謎》2021年第2期）