最初,地球是一个贫瘠而毫无生机的地方。从怪石嶙峋的荒芜之地变成今天郁郁葱葱的绿色家园,这一切都要归功于叶绿素。这种以镁为中心的分子促进了地球的转变,镁元素更是我们周围各种生命的助产士。
所有的生物都需要能量,生物通过一系列必要的化学反应产生能量,使生命活动成为可能。单细胞生物可以在相当微薄的给养下生存。生命也可以利用大量的外来化合物和元素来产生能量。但是,如果你想要比细菌或藻类生活得更精彩,那就需要氧气,持续不断的氧气。
氧很容易与其他元素发生反应,并在这个过程中释放大量的能量。一旦反应,氧就变得安分守己。只有把它拽出,远离它的化学伙伴,才能再次发生反应。当生命第一次出现在这个星球上时,所有的氧都被锁在化合物中。在这之前,氧不过是做了自己最擅长的事情——与金属、碳和岩石发生反应,构成了地球本体。水里也有大量的氧元素,但当时的早期生物想要把氧从水分子中撬出,难于登天。
遥远的过去,漫漫的长夜,在某个时刻,一个单细胞生物制造出了一种亮绿色的化合物。它不仅改变了自己的生活,还改变了所有生命的命运。这种叫叶绿素的化合物使植物、藻类和一些细菌能够利用太阳的能量进行化学反应。它不是第一个具有这种功能的化合物,但却是最有效的。最重要的是,光合作用不同于其他的光捕集过程——它可以通过分解水来释放氧气。
叶绿素是由碳、氢、氮和少数氧原子精心排列而成的。但如果没有一个镁原子在它的中心,它只不过是一个比较木讷的分子。演化历程已经尝试了其他金属,但以镁为基础的叶绿素系统被证明是最有效的。
叶绿素分子的工作原理很像太阳能电池板,它收集光能,并将能量输送到光合作用的化学反应中。要吸收可见光,需要一种颜色鲜艳的分子。含镁的叶绿素产生的绿色是最理想的,它吸收红光和蓝光的能力非常强。在能源利用的最大化和稳定性之间,叶绿素进行了妥协。如果它选择吸收绿光,确实可以获得更多的能量,但如果头顶阴云密布,光合作用就会受到严重干扰。
叶绿素出现后,地球生命的发展就一往无前。地球上的氧气越来越多,那些对氧有耐受性的需氧型生命兴盛起来。叶绿素扫清了从单细胞生命到复杂生命的进化障碍:从植物到恐龙,再到我们。
在数百万年间,数以亿计次的演化造就了今天的我们,这段旅程并不轻松。我们现在的氧气浓度不是一天形成的,在历史上经历过多次波动。氧气被固定,再通过光合作用被释放出来,如此持续的循环让世界充满生机。
演化将我们与叶绿素紧密相连。人类非常依赖这种分子,这表现在许多方面。我们需要叶绿素提供的氧气,还有它含有的镁元素。在我们体内,镁维持着我们的骨骼结构;它还参与构建蛋白质的结构,参与DNA的复制,以及许多其他基本生理活动,维系我们的生命与健康。我们体内所有的镁归根到底都来自叶绿素,来自绿色植物。
虽然我们可能没有意识到,但我们已经进化出欣赏叶绿素的能力。我们眼中的世界比它实际上更绿。一遇到绿色的环境,我们的眼睛就特别善于强化这种绿色的感受。我们也会对绿色的消失特别留意。夏季快要逝去的时候,白昼变短,用来进行光合作用的光线也变少了。很多植物分解叶绿素,为冬天做储备。镁原子从叶绿素分子的中心位置被移走,绿色消失了。这时户外的旅人们会惊叹于此时的美景,树叶褪去绿色之后,其他颜色显露出来,而正是它们在整个夏季忙碌地帮叶绿素吸收最佳的光线。没有了镁元素,秋天只剩下了一片黄色、红色和橙色。