ใบไม้ของพืชที่เราเห็นกันทุกวันนี้มีสีเขียว เพราะว่ามีสารคลอโรฟิลล์อยู่ภายในเซลล์ของพืช ในเมื่อพืชต้องการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงให้ได้ในปริมาณมาก แล้วเหตุใดจึงไม่เป็นสีดำเพื่อที่จะเก็บเกี่ยวพลังงานแสงให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

พืชบนโลกใบนี้ทั้งหมดล้วนใช้สารคลอโรฟิลล์ในการสังเคราะห์แสงทั้งสิ้น ซึ่งทำให้โลกของเราปกคุลมไปด้วยพื้นที่สีเขียว ภาพจาก lubasi

รงควัตถุ (Pigment) เป็นสิ่งที่มีบทบาทสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ในธรรมชาติมีรงควัตถุหลายชนิด ซึ่งจะดูดซับแสงในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดการสะท้อนแสงเพียงบางสีกลับออกมา สิ่งมีชีวิตที่มีรงควัตถุเหล่านั้นเป็นองค์ประกอบหลักจึงปรากฏเป็นสีต่าง ๆ เช่น คลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) ทำให้พืชมีสีเขียว ไฟโคบิลิน (Phycobilins) ทำให้สาหร่ายมีสีแดงหรือสีน้ำเงิน และแคโรทีนอยด์ (Carotenoids) ทำให้พืชบางชนิดมีสีส้มและสีเหลือง ข้อสังเกตที่น่าสนใจคือ ไม่มีรงควัตถุใดเลยที่สามารถดูดซับแสงได้ทุกช่วงความยาวคลื่นจนทำให้สิ่งมีชีวิตมีสีดำ

ใบไม้ ภาพจาก Jon Sullivan

หากมองว่าสิ่งมีชีวิตทุกชนิดน่าจะพยายามตักตวงทรัพยากรจากสิ่งแวดล้อมให้ได้มากที่สุดเพื่อความอยู่รอด การที่พืชกลายเป็นสีดำที่ดูดซับคลื่นแสงที่ทุกช่วงและไม่ปลดปล่อยแสงสะท้อนออกมาในย่านใดเลยน่าจะเป็นสิ่งที่เป็นประโยชน์กับพืชมากที่สุด แต่การที่สิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ทั้งหมดบนโลกเลือกที่จะไม่เป็นสีดำก็น่าจะมีเหตุผลของตัวมันเองอยู่

นักวิทยาศาสตร์คาดว่า เหตุผลสำคัญที่พืชไม่สามารถวิวัฒนาการให้มีรงควัตถุที่ดูดซับแสงทุกสีได้ นั้นเป็นเพราะว่าการที่พืชดูดกลืนพลังงานทั้งหมดในทุกย่านคลื่นจะทำให้มันนั้นได้รับพลังงานมากเกินไปจนทำให้เซลล์ของพวกมันเสียหายเนื่องจากความร้อนที่มากเกินไปได้ อีกทั้งออกซิเจน ซึ่งผลผลิตจากการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นก็ก๊าซออกซิเจนซึ่งเป็นตัวออกซิไดซ์ (Oxidizing Agent) ชั้นดีซึ่งเป็นอันตรายต่อเซลล์หากมีปริมาณมากเกินไป อีกทั้งมันยังรบกวนกระบวนการในการสังเคราะห์แสงอีกด้วย พืชจึงต้องมีระบบควบคุมปริมาณพลังงานที่ได้รับให้เหมาะสมเพื่อความอยู่รอดในระยะยาว ดังนั้นการที่รงควัตถุเลือกสะท้อนและดูดซับแสงแค่บางช่วงอาจเป็นผลมาจากกระบวนการวิวัฒนาการที่ทำให้พืชยังคงดำรงอยู่ได้จนถึงปัจจุบัน

ในฤดูใบไม้ร่วง พืชในแถบอบอุ่นจะเปลี่ยนลดปริมาณการสังเคราะห์แสงและลดจำนวนของคลอโรฟิลล์ภายในเซลล์ ทำให้รงควัตถุอื่น ๆ ที่สะสมอยู่ในใบสะท้อนแสงและเห็นชัดขึ้นมาไม่ว่าจะเป็น แคโรทีนอยด์ หรือ แอนโทไซยานิน ที่มีสีแดงและส้ม

การเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการไม่ได้เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน และไม่ใช่กระบวนการที่สร้างสิ่งใหม่ทั้งหมดจากศูนย์ แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงและต่อยอดจากสิ่งที่มีอยู่เดิม การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชพัฒนาไปจากสิ่งมีชีวิตดั้งเดิมที่มีความสามารถในการใช้แสงเป็นพลังงาน ในช่วงแรก รงควัตถุที่มีประสิทธิภาพและสามารถรักษาสมดุลของพลังงานได้ดีที่สุดจะถูกคัดเลือกตามกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติ การจะเปลี่ยนแปลงให้รงควัตถุของพืชสามารถดูดซับแสงได้ทุกช่วงสีจนกลายเป็นสีดำ นั่นหมายความว่าต้องมีแรงกดดันทางธรรมชาติที่ทำให้การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดขึ้น และเพื่อรองรับกับระบบของรงควัตถุใหม่ที่มีสีดำ พืชก็ต้องมีการปรับปรุงระบบการทำงานเดิมให้รองรับกับรงควัตถุสีดำใหม่นี้อีก ซึ่งต้องใช้เวลาอีกนับหลายร้อยล้านปีในการวิวัฒนาการ ซึ่งช่วงเวลานั้นพืชสีเขียวก็อาจจะเข้ามาเติมเต็มช่องว่างทางวิวัฒนาการเหล่านี้จะหมดและไม่เหลือพื้นที่ทางวิวัฒนาการให้กับพืชที่เลือกใช้สีดำ

ตามหลักฐานวิวัฒนาการในตอนนี้พืชเลือกใช้คลอโรฟิลล์เป็นรงควัตถุหลักสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงมาโดยตลอด ซึ่งนั่นเป็นเครื่องยืนยันว่าคลอโรฟิลล์ยังคงเป็นรงควัตถุที่มีประสิทธิภาพสูงและสามารถรองรับพลังงานแสงในระดับที่พอเหมาะต่อการดำรงชีวิตของพืช

อย่างไรก็ตาม แม้เราจะยังไม่ทราบแน่ชัดว่าทำไมพืชจึงใช้คลอโรฟิลล์เป็นรงควัตถุหลัก เพราะบนโลกนี้ยังมีรงควัตถุที่สามารถใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงแต่มีสีอื่น ๆ อีกมากมายเต็มไปหมด แต่ในตอนนี้เราสามารถอธิบายได้อย่างชัดเจนแล้วว่าทำไมพืชจึงไม่เป็นสีดำ

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

ทำไม “พืช” มีสีเขียวแทนที่จะมีสีดำ เพื่อรับพลังงานแสงให้ได้มากที่สุด