色素分子が作る景色

光合成色素、共役二重結合、光の吸収と反射を通じて、色の起源と光エネルギー捕集を理解する。

  • #色素
  • #共役二重結合
  • #光合成
  • #吸収スペクトル
  • #励起状態

「なんで葉っぱは緑なの?」

透が窓の外の木を見ていた。

「クロロフィル」零が答えた。「緑の光を反射するから」

奏が不思議そうだった。「でも、光合成に使わないの?」

「鋭い」零が微笑んだ。「緑を反射するということは、緑を吸収してない」

「もったいない」透が言った。

「進化の選択」零が説明した。「赤と青の光が、エネルギー的に最適だった」

ミリアが吸収スペクトルを見せた。赤と青の部分に高いピーク。緑は低い。

「色素は選り好みする」零が続けた。「分子構造が、吸収する光を決める」

奏がノートに書いた。「どういう構造?」

「共役二重結合」零が分子を描いた。「二重結合が交互に並ぶ」

「それが何を?」

「電子が分子全体に広がる。非局在化という」

透が図を見た。「電子が自由に動ける?」

「ある程度ね。その分、エネルギー準位の間隔が狭まる」

奏が考えた。「エネルギー準位?」

「電子が取りうるエネルギーの段階。狭いと、可視光のエネルギーで遷移できる」

ミリアが図を描いた。基底状態と励起状態。

「光子を吸収すると、電子が上の準位に跳ぶ」零が説明した。

「跳んだ後は?」

「いくつかの道がある。熱として失うか、別の分子にエネルギーを渡すか、光として放出するか」

透が質問した。「蛍光?」

「そう。励起状態から戻るときに、光を出す。エネルギーが少し減ってるから、長い波長」

奏が理解した。「だから、蛍光は元の色より赤っぽい」

「ストークスシフト」零が認めた。

ミリアが別の色素を見せた。カロテノイド。オレンジ色。

「こっちは、青緑を吸収して、赤橙を反射する」零が説明した。

「紅葉の色だ」透が言った。

「そう。秋になると、クロロフィルが分解されて、カロテノイドが目立つ」

奏が感動した。「色って、化学なんだ」

「全て化学」零が言った。「目に見える色は、分子構造の証拠」

「美しい証拠」

「まさに。でも、光合成では色以上の意味がある」

ミリアがノートを見せた。「アンテナ複合体」

「複数の色素が協力する」零が説明した。「広い波長範囲の光を捕まえて、反応中心に送る」

「チームワーク?」透が言った。

「そう。一つの色素だけじゃ、効率が悪い。いろんな色素で、太陽光全体を利用する」

奏が図を見た。「クロロフィルa、b、カロテノイド、フィコビリン…」

「それぞれ、異なる波長を吸収する」零が続けた。「集めたエネルギーを、反応中心のP700やP680に集中させる」

「Pって?」

「色素、Pigment。700や680は吸収波長のナノメートル」

透が感心した。「よく考えられてる」

「30億年の最適化」零が言った。「シアノバクテリアから植物まで、洗練されたシステム」

ミリアが質問を書いた。「なぜ赤藻は赤い?」

「フィコエリトリン」零が答えた。「緑と黄色の光を吸収する。深海では、赤い光が届かないから」

奏が理解した。「環境に合わせた色素」

「そう。浅い海にはクロロフィル、深い海にはフィコビリン。光の質に適応」

透が窓の外を見た。「緑の世界も、実は虹色なんだ」

「見えない色が、エネルギーを運ぶ」零が静かに言った。

ミリアが微笑んだ。

「色素分子が作る景色」奏がつぶやいた。

「光を選び、エネルギーを集める」透が続けた。

「見えるものの向こうに、分子の世界がある」零が締めくくった。

四人は外の緑を見つめた。葉の中で、無数の色素分子が光を捕まえ、生命を支えている。色は、化学が描く最も美しい絵。