為什麼葉子的顏色是綠色的？

葉子如果是黑色，
將吸收更多的陽光，
讓光合作用更旺盛。
幸好事情不是這樣，
否則，真不曉得該用什麼顏色去襯托大地？

「光合作用」是世界上最重要的化學作用之一，所有生物都直接或間接地依賴光合作用，所提供的有機物做食物，而空氣中氧氣與二氧化碳濃度的穩定，也有賴植物光合作用的進行。沒有光合作用，地球將是一片死寂；光合作用愈多的地方，各樣的生物將欣欣向榮。

小草的榮耀
迄今，人類的科技與所有的化學實驗，都無法複製光合作用。所有高科技所做的、正進行的、生產的，都沒有路邊一株小草的一片葉子，所進行光合作用來得複雜。況且科技後來排出許多廢水、廢氣，光合作用末了的成品卻是單純的水與乾淨的氧氣。除此之外，光合作用還能產生許多有機物，有的成為食物、有的成為藥用、有的供人飲用、有的成為香料，有的悅人眼目。
非常奇特的，植物的葉子能產生這麼多物質，卻只需用到一部份的可見光。例如綠色的光自葉子表面反射，沒用來進行光合作用，因此，人看到葉子大都是綠色。如果植物追求最大的光合作用量，葉子將吸收所有的光，葉子將變成黑色，哇！那會成為什麼樣的世界？幸好植物呈現的是，最佳的光合作用量，給大地一片綠。

研究的藝術
植物的光合作用雖然長期為人效力，人類知道光合作用卻是近代的事。最早發現光合作用的人，是瑞士的科學家塞內比爾（Jean Senebier, 1742-1808）。他認為葉子的存在一定有其價值與功用，在1765年開始研究葉子的化學作用，他將葉子放在置水玻璃瓶中。他發現在黑暗中，瓶中的水沒有什麼改變；在陽光下，水的氧氣卻增加。經過十年持續反覆的實驗，他才確定是葉子利用所進行的光合作用產生了氧氣。這對日後的實驗帶來深遠的影響，在當時被稱為「將大自然的觀察藝術化」。
從事葉子的研究，並非塞內比爾的正職，他是個牧師，同時是日內瓦圖書館的館員。實在很難想像，這麼重要的發現，竟出自一位身兼數職的業餘科學家。

葉綠素的發現
發現光合作用後，他繼續研究，光合作用是在葉子的哪一個部位發生？他用兩片玻璃夾住葉子，祇留下葉子極小的方格，他分析是在哪個方格內生產氧氣。又經過二十多年漫長的研究，他發現是在葉子表面綠色的部位都可以進行光合作用，他稱葉子的綠顏色，是葉子內進行光合作用的所在，這就是「葉綠素」發現的經過。由於葉子的顏色，是來自葉綠素對陽光的反射，他首先提出葉子只用到一部份的太陽光。
其實，太陽照到地球後，30％反射回去，讓人可以看見大自然；46％轉變為熱量，溫暖了地球；23.2％讓水蒸發成雲，讓風流動、讓浪翻湧、讓洋流運行；只有0.8％被植物吸收，進行光合作用。比例雖小，卻足夠維繫無數生物的存活。
一片片綠色的葉子，除了進行光合作用，是否還引發你更多的思考與感恩？

目的：

有一天，我以前的一位學生，帶著她兩歲的小女兒來找我，我帶著這個小女兒到學校的草地上，本來想教她一點點植物的辨認，沒想到那個小女孩一看到草地，大聲歡呼，跳到草地上，彎下身，親起小草。這一幕實在讓我難忘，我對植物學有不少的知識，但我從來沒有去親吻地上的一棵小草，這也讓我想到，生物學的課本上有一堆光合作用的反應式，但是學生的歡呼與跳躍在那裡？但是起初光合作用的發現者有歡呼與跳躍，否則他無法持續三十年以上的研究。為什麼沒有一本教材可以給學生聽到一點他起初的歡呼？

科學觀察：
1. 如何向一位學齡前的小孩介紹光合作用的重要？
2. 能夠重覆塞內比爾的實驗，來證明光合作用的存在？
3. 如果在水族箱內放一些沈水性的水草，這些水草在陽光的照射下會產生氣泡嗎？氣泡內是什麼氣體呢？

資料來源：Bay, J.C., 1931. Jean Senebier. Plant Physiology, 6:188-193.

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