老葉的植物王國

光合作用（photosynthesis）應該是世界上最偉大的代謝途徑（metabolic pathway）了；當地球最初合成的時候，原始大氣並不含氧。一直到25億年前，開始有了光合作用以後，出現了氧氣，讓地球產生了天翻地覆的變化，總稱為「大氧化事件」（GOE, Great Oxygenation Event）。 什麼樣的變化呢？首先，氧氣的出現使得專性厭養菌（obligate anaerobes）大量死亡、滅絕；這由某個角度來看，應該可以算是地球上的第一個大滅絕事件，可以稱之為「成鐵記」（Siderian）滅絕事件。第二，氧氣的出現使得好氧生物得以出現，由於「燃燒」（氧化）所產生的能量遠大於其他形式，好氧生物出現以後，迅速取得優勢。第三，氧氣出現以後，因為太陽輻射的關係，形成了臭氧層，而臭氧層可以吸收200-310 nm的光，這部分是部分的UVC與UVB，致突變的能力很高，臭氧層隔絕了它們以後，地球上生物的演化速度進入了相對穩定的狀態。 當然，光合生物的出現（當時主要是藍綠菌cyanobacteria）也造成大氣中二氧化碳（CO2）的減少，而氧氣的出現又使得甲烷（CH4）大量減少。這兩種溫室氣體的減少，使得地球在24億年前進入了長達三億年的休倫冰河期（Huronian glaciation）。在那三億年中，地球就像一個大冰球；等到休倫冰河期結束後，世界已經完全不同了。 由這裡，可以了解到光合作用對這個世界的影響有多大。近年來，因為石油、煤、天然氣等不可再生的能源都已經逐漸耗竭，科學家們又想到最便宜（基本上是不要錢）的能源--日光。 要怎麼利用日光呢？基本上來說，除了發展太陽能電池以外，其實也有許多科學家一直在想辦法模仿植物的光合作用；因為植物的光合作用不需要消耗礦產以及其他能源，只需要合成一些蛋白質，就可以在常溫下獲取日光的能量來合成有機分子。直接的產物是三碳糖（glyceraldehyde 3-phosphate），間接的產物是葡萄糖（glucose）與蔗糖（sucrose）。 而植物光反應中的OEC（oxygen evolving complex）更是引起研究者的興趣。到目前為止，OEC還是自然界唯一可以在常溫下分解水的蛋白質複合體（protein complex）；如果可以將這個能力應用到發電上面，科學家們可以將光能轉變為氫氣，或是直接將光...