孔雀秋海棠的光合作用魔術

孔雀秋海棠。圖片來源：Science
（註：經網友指正，此圖片應是 Begonia 'Escargot'）

原產於馬來西亞雨林的孔雀秋海棠（Begonia pavonina），只有在光線極弱的狀況下葉片會出現藍色。當光線夠強的時候，葉片上的藍色就不會出現了。

因為這藍色是如此的美麗，使它得到了「孔雀秋海棠」（peacock begonia）的美名。大家搶著種它，想要看到那美麗的孔雀藍；但到底為什麼要出現這美麗的孔雀藍呢？

通常我們都認為，在葉片裡面除了葉綠素以外的光合色素，都是輔助色素：在光線不夠時，幫忙吸收更多光能；在光線太強時，把多餘的能量發散。所以孔雀秋海棠的孔雀藍，是否也是一種輔助色素呢？

之前的研究已經發現，這些孔雀藍，應該是來自於被稱為虹彩體（iridoplast）的一種色素體（plastid）。虹彩體位於葉片上表皮的細胞中，為葉綠體的變體。在最近的研究發現，這些虹彩體的類囊體（thylakoids）以一種不尋常的方式排列：每疊葉綠餅（grana）由三到四個類囊體組成，厚度約為40奈米；而一疊一疊的葉綠餅之間的距離約為100奈米。

一般植物的葉綠體。圖片來源：Wikipedia

孔雀秋海棠的虹彩體。圖片來源：Nature Plants

一般的葉綠體，通常葉綠餅的排列是散亂的（如圖）；孔雀秋海棠的虹彩體的葉綠餅卻排得如此整齊，有什麼作用呢？

研究團隊測量了20個虹彩體，發現它們的特殊構造賦予它們反射435~500奈米的光波的能力。這個波長正好就是藍光波段的最右邊，與綠光交界的位置。這就是為什麼孔雀秋海棠是藍色的原因吧！

不過，這些虹彩體不只是會反射藍光而已。研究團隊還發現，虹彩體讓孔雀秋海棠吸收較長波的綠光與紅光的能力提升了！這對孔雀秋海棠是非常重要的，因為它們通常在熱帶雨林的地面上生長。

在熱帶雨林裡，光線都被大樹給遮住了，使得地表的光線極弱。弱到怎樣的地步呢？大約是樹冠光線強度的百萬到千萬分之一喔！而且還不只是光線變弱而已，因為雨林中的大樹們把進行光合作用所需的兩個主要波段的光（460奈米與680奈米）都吸收得差不多了，在這樣的環境下，孔雀秋海棠如果不發展出吸收一點綠光的本事，還真的會混不下去。

事實上，因為這些特殊的構造，虹彩體比一般的葉綠體進行光合作用的效率更高。研究團隊藉著測量葉綠體的螢光（葉綠體進行光合作用時，一部份的葉綠素會把吸收的光以暗紅色的螢光發射出去；所以可以藉著測量螢光了解植物進行光合作用的效率）發現，虹彩體進行光合作用的效率，比一般的葉綠體都好。不過，當光線變強的時候，虹彩體的效率就沒有那麼好了；這或許就是為何，當我們把孔雀秋海棠種在光線良好的地方，藍色就變得不明顯的原因吧--因為虹彩體變少、一般的葉綠體變多了。畢竟對光合自營生物來說，提升光合作用的效率比什麼都重要；如果特殊的構造只有在特殊的環境下才好用時，回到一般環境的時候，還是把特殊構造先收起來吧。

過去我們都以為，葉綠體就是像光電池的集光板一樣，被動地接收著來自太陽的光；孔雀秋海棠的虹彩體告訴我們，「生命會找到出路」；而虹彩體這特殊的構造，是否能應用在光電池上面，提高吸收光能的效率呢？若再加上玫瑰花瓣的「超防反射」功能，應該可以設計出最有效率的光電池喔！

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參考文獻：

Matthew Jacobs et. al. Photonic multilayer structure of Begonia chloroplasts enhances photosynthetic efficiency. Nature Plants 2, Article number: 16162 (2016) doi:10.1038/nplants.2016.162

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