Why are plants green?

私たちは、国際学部サマースクールの学生、Poppy Smith, Lyvy Hall および Tom Hammond に、なぜ植物が緑色をしているのかを尋ねました。

「短い答えは、植物が私たちにとって緑色に見えるのは、赤い光が最も有用な波長だからです。」

長い答えは、光合成の詳細、電磁スペクトル、エネルギー、各植物細胞にあるクロロフィル分子の「特殊対」にあります。

植物（および藻類と特定のバクテリア）は光を吸収して糖分を作り、植物にエネルギーと、植物がうまく成長するために必要なその他の有用な生化学製品を提供します。

人間の目で見ることができる光（可視光スペクトル）は、紫から赤まで広がる虹色で構成されています。 物体が光を反射して目に入ることで、人間は物体に色があると認識します。

可視光線の色はカラーホイールを形成しています。

可視光の色はカラーホイールを形成しており、その中で物体が最も強く吸収する色の補色として見えるのです。

光と電磁スペクトル

可視光は、すべての光の集合体である電磁スペクトルの一部です。

光は波に乗って進むので、波長があり、それは波のピーク間の距離と一致します。 可視光線の波長は、紫色の380ナノメートルから、赤色の730ナノメートルまでです。

波長が短いほどエネルギーが高く、「波」の周波数が高いため、紫色の光は赤色の光よりもエネルギーが高くなります。

植物の光利用

光合成は、本来、植物が大気中の炭酸ガス (CO2) と水 (H2O) を単糖に変換し、副産物として酸素 (O2) を生成するプロセスです。

光を吸収することで、物体は光によって運ばれるエネルギーの一部も吸収します。

光を吸収することにより、対象物も光によって運ばれるエネルギーの一部を吸収します。植物の場合、光を吸収するのはクロロフィルという色素で、吸収する波長にこだわり、主に赤い光、一部青い光を選択します。

吸収したエネルギーにより、対象物の電子が励起されます。

電子が励起されると、低エネルギーレベルから高エネルギーレベルに昇格します。光に含まれるエネルギーが電子を励起させ、光からエネルギーを取り除きます。これは熱力学の第一法則の一例で、エネルギーは生成も破壊もされず、ある形から別の形に移動または変化するだけです。

このプロセスは葉緑体という細胞内の特定の区画で起こり、2 段階に分かれています。 葉緑体には、クロロフィルが詰まったチラコイドと呼ばれる円盤がたくさんあります。 光化学系と呼ばれるチラコイド内の構造は、光合成の中核となる装置を形成しており、各光化学系の中心にはクロロフィル分子の「特別なペア」がある。 このクロロフィル分子内の電子は、太陽光を吸収すると励起される。 葉緑体の残りのクロロフィル分子の仕事は、単に特別なペアにエネルギーを渡すことです。

2 – 2番目の反応は、光に依存しない反応です。

2番目の光に依存しない反応は、光に依存するステップで取り込まれたエネルギーを使って糖を作る。

これらの反応の間に、CO2がストロマに溶け込み、光に依存しない反応に使われる。 このガスが一連の反応に使われ、糖が作られる。

そのため、光スペクトルの赤の端が植物の葉の電子を励起し、反射する（または使用しない）光は、補色（または反対色）である緑の波長が多くなっているのです。

つまり、植物やその葉が緑色に見えるのは、クロロフィル分子の「特別なペア」が、可視光線のスペクトルの赤の端を使って、各細胞内の反応に動力を与えるからです。 そして、使われなかった緑色の光が葉で反射され、その光が私たちに見えるのです。

ブランデ・ヴルフ博士と彼のチームがスピード育種技術を開発した背景には、このスペクトルの赤い端の光を好むということがあります。

この技術は、NASA が宇宙で作物を育てるために最初に使用したもので、日長の延長、強化された LED 照明、および制御された温度を使用して、作物の急速な成長を促進します。

植物の繁殖サイクルを早め、たとえば、小麦は従来の繁殖方法では 2 代だったのに対し、年に 6 代育成することが可能です。

育種サイクルを短縮することにより、科学者や植物育種家は、小麦、大麦、ナタネ、エンドウ豆などのさまざまな作物において、収量増加、耐病性、気候回復力などの遺伝子改良を迅速に進めることができます」

このように、この方法は、植物の育種サイクルを短縮することができます。