这种蓝叶植物不怕黑

水果和花有各种各样的颜色，这可以帮助植物吸引有益的动物，如传粉者。然而，叶子通常是绿色的，因为这是叶绿素的颜色，植物用于光合作用的色素。

但是光合作用生物并不一定是绿色的。例如，许多植物都有红色的叶子，这是由于其他颜料除了叶绿素，像类胡萝卜素或花青素。在地球有氧气大气层之前，地球甚至可能经历了一个“紫色的阶段，由紫罗兰色的微生物领导，它们使用不同的光敏分子——视网膜——而不是叶绿素。

现在，多亏了一组光子学研究人员和生物学家，我们正在了解光合作用的另一个奇怪的变化:亮蓝色的秋海棠。

被蓝色缠绕

与紫色微生物不同，秋海棠的蓝色叶子依赖叶绿素，就像绿色植物一样。然而，与许多红叶植物不同的是，它们的颜色也不是来自额外的色素。根据发表在《自然植物》杂志上的一项新研究在美国，它们的蓝宝石树叶来自更奇怪的东西:纳米级晶体，帮助它们在雨林下层的黑暗中生存。

秋海棠是很受欢迎的室内植物，部分原因是它们可以在没有阳光直射的室内生存。这种本领是在热带和亚热带森林地面上的野生秋海棠中进化而来的，在那里，只有阳光的细丝从树冠上流过。为了在那里进行光合作用，叶绿体——含有叶绿素的细胞结构——必须充分利用它们得到的少量光。

科学界已知的海棠品种超过1500种，其中包括一些长期以来一直以叶片的蓝色光泽让人类眼花缭乱的海棠。然而，正如这项新研究所解释的那样，这些蓝色叶子的生物学用途尚不清楚，这让科学家们怀疑它是用来威慑捕食者，还是保护植物免受过多光线的伤害。

这个谜团一直存在，直到来自英国的研究人员英国布里斯托尔大学和埃塞克斯大学的研究人员注意到孔雀秋海棠（秋海棠pavonina)，原产于马来西亚山地森林的物种。它以鲜绿色的叶子而闻名，有时在特定的光线角度下，会闪烁出彩虹般的蓝色。然而，他们发现，当它在明亮的光线下生长时，它会保持绿色，只有在相对黑暗的环境下才会变成蓝色。

黑暗的水晶

通常，叶绿体包含扁平的膜结合囊，称为类囊体，它们松散地组织成堆栈。这些堆叠是光合作用发生的地方，无论是绿色植物还是蓝色秋海棠。然而，在后者中，类囊体的排列更加精确——事实上，它们的形成是如此精确光子晶体这是一种影响光子运动的纳米结构。

“在显微镜下，这些叶子中的单个叶绿体反射出明亮的蓝光，几乎像一面镜子，”主要作者马修·雅各布斯说，他是布里斯托尔大学生物学博士研究生声明关于这个发现。

“通过使用一种被称为电子显微镜的技术进行更详细的观察，我们发现秋海棠中发现的‘蓝色’叶绿体与其他植物中发现的叶绿体之间存在着显著的差异，由于其明亮的蓝色彩虹色，也被称为‘彩虹质体’。内部结构排列成极其均匀的层，厚度只有100纳米，或人类头发宽度的千分之一。”

这些层足够小，可以干扰蓝色光波，由于秋海棠叶子是蓝色的，雅各布斯和他的生物学家同事知道这其中一定有联系。因此，他们与布里斯托尔大学的光子学研究人员合作，他们意识到这种自然结构看起来像用于微型激光器和其他控制光流的设备的人造光子晶体。

利用与测量人造晶体相同的技术，研究人员开始研究孔雀海棠的晶体。它的彩虹质体反射所有的蓝光，使它们看起来像没有色素的蓝色，类似于彩虹蓝色的动物，如蝴蝶蓝大闪蝶．研究发现，它们比标准的叶绿体吸收更多的绿光，这为秋海棠变蓝的原因提供了线索。

指明灯

绿色植物看起来是绿色的，因为它们主要吸收其他波长的光，使绿色反射到我们的眼睛，并通过树冠的缝隙向下反射。因此，虽然树木的天花板占用了大量蓝光，但在森林的地面上，绿色就不那么稀缺了。由于虹膜质体集中绿光，它们可以更有效地利用可用光，帮助秋海棠生活在深阴影中。当研究人员测量在昏暗条件下的光合作用速率时，他们发现蓝色秋海棠比绿色植物的正常叶绿体多收获5%到10%的能量。

这并不是一个很大的差异，但在贫瘠的雨林中，这可能会给秋海棠带来它们所需要的推动力。布里斯托尔大学的新闻稿补充说，更多地了解它们的叶子也可能有益于人类，为我们提供了蓝图，我们可以“在其他植物中提高作物产量，或者在人工设备中制造更好的电子产品”。

该研究的作者说，还需要更多的研究来调查这些潜在的福利，并揭示这种现象到底有多罕见。研究发现，孔雀海棠含有虹膜质体和正常叶绿体的混合物，这表明蓝色结构“功能几乎像备用发电机”，合著者、布里斯托尔生物学家希瑟·惠特尼说《大众力学》．如果光照充足，植物可能会使用传统的叶绿体，当光照水平过低时就会转换。

她说:“一种植物已经进化出了一种能力，能够以各种不同的方式对周围的光线进行物理控制，这是非常美妙和合乎逻辑的。”

即使这种情况很普遍，它也强调了人与植物之间的一个重要问题。植物王国充满了神奇的适应性，可以帮助人类，从拯救生命的药物到弯曲光线的晶体，但是它们往往生长在森林里——生态系统在全球范围内因伐木和农业而面临越来越大的压力。

蓝色的秋海棠可能是安全的，但它们只是地球上遗留下来的原始森林中隐藏的宝藏的一个暗示。当惠特尼他告诉《华盛顿邮报》在美国，生活在竞争激烈的生态系统中，植物要么进化，要么死亡。“它们可能有很多我们还不知道的技巧，”她说，“因为这是它们生存的方式。”

(孔雀海棠图片由马修·雅各布斯提供/布里斯托尔大学)