Krótka odpowiedź
Kolor niebieski jest rzadki nie tylko w organizmach jadalnych - Kolor niebieski występuje rzadko zarówno w królestwach zwierząt, jak i roślin. U zwierząt niebieskie zabarwienie jest generowane przez strukturalne optyczne efekty świetlne, a nie przez kolorowe pigmenty. W kilku roślinach ubarwionych na niebiesko niebieski kolor jest generowany przez niebieski pigment, a mianowicie antocyjany. O ile wiem, przyczyna niedoboru niebieskich pigmentów pozostaje nieznana.

Informacje ogólne
Zdecydowana większość zwierząt nie jest w stanie wytwarzać niebieskich pigmentów, ale według NPR przyczyna wydaje się nieznana. W rzeczywistości żaden kręgowiec nie jest w stanie. Na przykład nawet jaskrawo niebieskie pawie pióra lub niebieskie oko nie zawierają niebieskiego pigmentu. Zamiast tego wszystkie polegają na kolorach strukturalnych , aby uzyskać niebieski. Kolory strukturalne są wynikiem właściwości fizycznych delikatnie ułożonych mikro- i nanostruktur.

Motyle błękitne morpho są wspaniałym przykładem wspaniałego niebieskiego koloru, jaki dają kolory strukturalne. Morphos ma 6-calową rozpiętość skrzydeł - z jednej strony matowy brąz, a druga żywy, odblaskowy niebieski. Motyle mają maleńkie przezroczyste struktury na powierzchni skrzydeł, które rozpraszają światło we właściwy sposób, nadając im intensywny niebieski kolor. Ale jeśli zmielisz skrzydła, pył - pozbawiony odblaskowych struktur pryzmatu - będzie wyglądał po prostu szaro lub brązowo.

Podobnie żaba z zatrutymi strzałkami jest niebieska z powodu irydiforów w jej skórze, które nie zawierają pigmentu, ale zamiast tego mają lustrzane płytki, które rozpraszają i odbijają niebieskie światło (źródło: By Bio).

^{Morpho i żaba z zatrutą strzałką. źródła: Wikipedia & LJN Herpetology}

Podobnie w Królestwie roślin mniej niż 10% z 280 000 gatunków roślin kwitnących ma niebieskie kwiaty. W rzeczywistości nie ma prawdziwego niebieskiego pigmentu w roślinach, a niebieski jest jeszcze rzadszy w liściach niż w kwiatach. Niebieskie odcienie roślin są również generowane przez sztuczki kwiatowe z pospolitymi czerwonymi pigmentami antocyjanów. Rośliny poprawiają lub modyfikują czerwone pigmenty antocyjanów, aby uzyskać niebieskie kwiaty, w tym zmiany pH i mieszanie pigmentów, cząsteczek i jonów. Te skomplikowane zmiany w połączeniu z odbitym światłem przez pigmenty tworzą niebieski odcień (źródło: Mother Nature Network).

Ale dlaczego niebieskie pigmenty są tak rzadkie, wydaje się być nieznane, o ile wiem ( MNN, NPR , Blogi naukowe)

<sub>Źródła
- MNN
- NPR
- Photobiology</sub>

Chociaż odpowiedź @ AliceD jest świetnym, prostym przykładem rzadkości błękitu w naszym naturalnym świecie, prawdopodobnie istnieje bardziej złożony / techniczny powód.

Krótka odpowiedź

Niebieskie światło było najdłuższą dostępną długością fali światła dla wczesnych roślin rosnących pod wodą, co prawdopodobnie doprowadziło do początkowego rozwoju / ewolucji fotosyntemów zależnych od chlorofilu, wciąż obserwowanych u współczesnych roślin. Niebieskie światło jest najbardziej dostępnym i najbardziej wysokoenergetycznym światłem, które dociera do roślin, dlatego też rośliny nie mają powodu, aby nie wykorzystywać tego obfitego, wysokoenergetycznego światła do fotosyntezy.

Różne pigmenty pochłaniają światło o różnej długości, więc najlepiej byłoby, gdyby rośliny zawierały pigmenty, które pochłaniają najwięcej dostępnego światła. Dzieje się tak, ponieważ zarówno chlorofil a i b pochłaniają głównie światło niebieskie. (Absorpcja czerwonego światła prawdopodobnie wyewoluowała, gdy rośliny przeniosły się na lądzie ze względu na wyższą wydajność).

Pigmenty wyglądają tak, jakby kolor nie był absorbowany (tj. wyglądają jak każda długość fali światła, którą odbijają). Ponieważ niebieski pigment odbijałby większość światła, z którego korzystają nowoczesne rośliny w swoich fotosystemach, w których pośredniczy chlorofil, niebieskie pigmenty pozostają rzadkością w roślinach.

• Organizmy fotosyntetyzujące nie pozostałyby konkurencyjne, gdyby nie absorbowały łatwo dostępnego, wysokoenergetycznego światła niebieskiego, a zatem ewolucja prawdopodobnie bardzo rzadko faworyzowała wytwarzanie (lub propogaiton) niebieskich pigmentów.

Długa odpowiedź

Transmisja atmosferyczna

Jak na tej stronie z Uniwersytet Stanowy Humboldta pokazuje, że niebieskie i zielone światło przedostaje się przez atmosferę na powierzchnię ziemi lepiej niż prawie wszystkie inne długości fal światła:

transmisja ma miejsce, gdy energia elektromagnetyczna jest w stanie przejść przez atmosferę i dotrzeć do powierzchnia. Widzialne światło, w większości przechodzi (jest przepuszczane) przez atmosferę.

Oznacza to, że niebieskie i zielone światło to najbardziej dostępne długości fal światła.

• Zwróć uwagę, że po kolorze niebieskim / zielonym znajduje się reszta widma widzialnego i NIR (bliska podczerwień).

• Należy również zauważyć, że duża część ultrafioletu jest w dużej mierze pochłaniana przez gazy atmosferyczne (głównie ozon), a zatem jest słabo przenoszona.

Właściwości fal

Ważne jest, aby zrozumieć, że (z U. Wisconsin):

Bardziej energetyczne fale mają krótsze długości, podczas gdy mniej energetyczne fale mają dłuższe.

W rezultacie światło niebieskie (będące najdłuższą dostępną długością fali światła o najwyższej energii) wydaje się być optymalną długością fali światła do fotosyntezy .

• Pamiętaj, że chociaż dostępne światło UV jest bardziej energetyczne i może zasilać fotosyntezę, często jest też odrobinę energetyczny i może powodować uszkodzenie komórek. Dlatego często najlepiej jest, aby organizmy odbijały promieniowanie UV.

• Więcej informacji o fizyce stojącej za energią świetlną można znaleźć tutaj.

Fotosynteza

Organizmy fotosyntetyzujące zawierają pigmenty (zwykle chlorofile na bazie hemu / porfiryny i różne karotenoidy), które pochłaniają energię światła. Zasadniczo energia z fotonu światła podnosi absorbujący pigment do wyższego stanu energii (zwanego stanem wzbudzonym ), a następnie pigment uwalnia tę niestabilną energię, aby powrócić do stanu podstawowego - ten nadmiar energia jest tym, co napędza biochemiczne reakcje fotosyntezy. Zobacz tutaj, aby uzyskać więcej informacji.

Oto dwa przykładowe wykresy (z tutaj i tutaj) przedstawiające widmo absorpcji typowych pigmenty roślinne:

Jak widać, rośliny wyewoluowały, aby mieć pigmenty, które pochłaniają głównie światło niebieskie (po którym następuje światło czerwone). Te pigmenty odbijają zielone światło i dlatego wydają się zielone.

• Obecność niebieskich pigmentów (tj. takich, które odbijają bardzo obfite niebieskie światło) z drugiej strony, byłaby bezpośrednim przeciwieństwem tych wysiłków fotosyntetyzujących. W rezultacie niebieskie pigmenty pozostają rzadkie w organizmach fotosyntetycznych zasilanych głównie przez fotosystemy napędzane chlorofilem.

Jednak wiele źródeł (np. Mae et al. 2000 , Brins et al. 2000 i tutaj) sugerują, że chociaż rośliny absorbują więcej światła niebieskiego niż inne długości fal, najbardziej wydajna fotosynteza nie zachodzi przy użyciu światła niebieskiego. Zamiast tego czerwone światło zapewnia najwyższą wydajność fotosyntezy.

• Jednym z powodów, dla których odkryli (w tym przypadku Brins i wsp.) było to, że ksantofile rozpraszały nadmiar energii związanej ze światłem niebieskim, powodując spadek szybkości fotosyntezy w świetle niebieskim.

• Ta strona NIH sugeruje, że wysokoenergetyczne światło nie jest nawet potrzebne roślinom:

  Chlorofil a pochłania również światło o dyskretnych długościach fal krótszych niż 680 nm (patrz rysunek 16-37b). Taka absorpcja podnosi cząsteczkę do jednego z kilku wyższych stanów wzbudzonych, które rozpadają się w ciągu 10 ^-12 sekund (1 pikosekunda, ps) do pierwszego stanu wzbudzonego P *, z utratą dodatkowej energii w postaci ciepła. Fotochemiczna separacja ładunku zachodzi tylko od pierwszego stanu wzbudzonego chlorofilu a, P * w centrum reakcji. Oznacza to, że wydajność kwantowa - ilość fotosyntezy przypadająca na zaabsorbowany foton - jest taka sama dla wszystkich długości fal światła widzialnego krótszych niż 680 nm.

Jednak wszystko to może pójść na marne, ponieważ rośliny mają dostęp do wystarczającej ilości światła słonecznego. Ponownie ze strony NIH:

Jednak nawet przy maksymalnym natężeniu światła napotkanym przez organizmy fotosyntetyzujące (tropikalne słońce w południe, ≈1,2 × 10 ²⁰ fotonów / m2 / s), każdy ośrodek reakcji chlorofil a pochłania około jednego fotonu na sekundę, co nie wystarcza do wspomagania fotosyntezy wystarczającej na potrzeby rośliny. Aby zwiększyć efektywność fotosyntezy, szczególnie przy bardziej typowych natężeniach światła, organizmy wykorzystują dodatkowe pigmenty pochłaniające światło.

Innymi słowy, rośliny nie są w pełni wydajne fotosyntetycznie i zazwyczaj nie wykorzystują wszystkich dostępnego dla nich światła. Z Wikipedia:

Fotosynteza zwiększa się liniowo wraz z natężeniem światła przy niskim natężeniu, ale przy wyższym już tak nie jest (patrz krzywa fotosynteza-irradiancja). Powyżej około 10 000 luksów lub ~ 100 watów / metr kwadratowy wskaźnik nie rośnie. Zatem większość roślin może wykorzystywać tylko ~ 10% pełnego natężenia światła słonecznego w środku dnia.

Podsumowując:

• Niebieskie i zielone światło to najbardziej dostępne długości fal światła.
• Niebieskie światło jest najbardziej energochłonną spośród długości fal światła o wysokiej dostępności.
• Pigmenty roślinne pochłaniają głównie światło niebieskie
• ALE rośliny niekoniecznie potrzebują wysokiej energii światła niebieskiego do wydajnej fotosyntezy.

Więc co daje? ...

Ewolucja

Biorąc pod uwagę to wszystko, pozostaje pytanie : dlaczego pochłaniają głównie światło niebieskie, a nie zielone?

Odpowiedź, choć wciąż nieco przypuszczalna, jest prawdopodobnie związana z dostępnością światła wczesnych roślin. Wczesne rośliny ewoluowały, jak wszystkie inne formy życia, pod wodą.

Okazuje się, że podobnie jak zmienność w przepuszczalności różnych długości fal światła przez atmosferę, pewne długości fal światła są bardziej zdolne do penetracji głębszych głębin wody. Niebieskie światło zwykle przenosi się na głębsze głębokości niż wszystkie inne widzialne długości fal światła. Dlatego najwcześniejsze rośliny wyewoluowały, aby skoncentrować się na absorbowaniu tej części widma EM.

Jednak zauważysz, że zielone światło również przenika stosunkowo głęboko. Obecne zrozumienie jest takie, że najwcześniejsze organizmy fotosyntetyzujące były archeonami wodnymi i (w oparciu o współczesne przykłady tych starożytnych organizmów) te archeony używały bakteriorhopsyny do pochłaniania większości zielonego światła.

Wczesne rośliny rosły poniżej tych purpurowych prokariotów produkujących bakterioropsynę i musiały używać dowolnego światła, jakie tylko mogły uzyskać. W rezultacie system chlorofilu rozwinął się w roślinach, aby wykorzystywać dostępne im światło. Innymi słowy, w oparciu o głębszą zdolność penetracji światła niebieskiego / zielonego i utratę dostępności zielonego światła dla pelagicznych prokariotów powyżej, rośliny wyewoluowały fotosystem do pochłaniania głównie w niebieskim spektrum, ponieważ było to najlepiej dostępne światło do nich .

Dlaczego więc rośliny nie wyewoluowały do ​​używania zielonego światła po przemieszczaniu się / ewolucji na lądzie? Jak wspomniano powyżej, rośliny są strasznie nieefektywne i nie mogą wykorzystać całego dostępnego światła. W rezultacie prawdopodobnie nie ma przewagi konkurencyjnej, aby rozwinąć drastycznie inny fotosystem (tj. Obejmujący pigmenty pochłaniające zieleń). Dlatego rośliny na ziemi nadal pochłaniają niebieskie światło i odbijają zielone, a niebieska pigmentacja pozostaje rzadkością w naszym świecie.

• Rośliny prawdopodobnie wyewoluowały do ​​produkcji antocyjanów (barwników odpowiedzialnych za czerwienie / błękity / fiolety przypisywane jagodom i fiołkom) z powodów innych niż fotosynteza - np. przyciąganie , Ochrona przed promieniowaniem UV, a nawet ochrona przed roślinożercami. Przykłady można znaleźć tutaj, tutaj i tutaj.

A co z organizmami innymi niż rośliny?

Według Wikipedii:

• Karotenoidy to najpowszechniejsza grupa pigmentów występujących w naturze, w tym u zwierząt.
• Kompleksy karotenoprotein są odpowiedzialne za różne kolory (czerwony, fioletowy, niebieski, zielony itp.)
• Zwierzęta nie są zdolne do wytwarzania własnych karotenoidów i dlatego polegają na roślinach do produkcji tych pigmentów .

Innymi słowy, większość pigmentów nie - organizmy roślinne pochodzą bezpośrednio lub biochemicznie z diety organizmu. Bez bezpośredniego spożycia niebieskich pigmentów chemikalia te są niedostępne lub biochemicznie kosztowne w produkcji (patrz Skorupianina). W rezultacie niebieskie pigmenty są również rzadkością u zwierząt.

Chociaż, jak wskazują źródła AliceD, nadal nie w pełni rozumiemy, dlaczego zwierzęta nie wytwarzają więcej niebieskich pigmentów.

Nie chodzi o to, że nie ma niebieskich potraw, ale o to, że język angielski nie lubi nazywać żywności „niebieską”.

Nie ma naturalnych granic między „kolorami” w przestrzeni kolorów, wszystkie kolory, które nazywamy (i uczymy się rozróżniać), są zdefiniowane kulturowo. Dlatego ważną rzeczą do rozpoznania jest to, że kolor, który ktoś nazywa „niebieskim”, można nazwać „fioletowym”, „czerwonym”, „bordowym”, „zielonym” lub czymś innym.

Mając to na uwadze, możemy przyjrzeć się żywności. Pokarmy pochodzenia zwierzęcego zawierają białko, a gotowane białko jest zwykle bladoszarą mazią (chociaż pożywka gotowana w mięśniach nadal ma czerwonawy kolor). Jednym z rzadkich przykładów są jajka z niebieskimi skorupkami. U roślin w zasadzie wszystkie zjadane przez nas liście są zabarwione chlorofilem. Więc są poza równaniem.

Inne części roślin, zwłaszcza owoce, są zwykle zabarwione jedną z kilku innych grup pigmentów. A główna grupa tych pigmentów, antocyjany, ma barwę od niebieskiej przez purpurową do czerwonej (zmieniają się również wraz z pH). Tak więc mnóstwo produktów spożywczych ma nieco fioletowo-niebieski kolor, aw innych językach jest również nazywane „niebieskimi”. Śliwki, bakłażany, czerwone winogrona, czerwona kapusta i wiele jagód to dobre przykłady. Następnie masz kilka roślin, które są w wielu kolorach, ale główne odmiany nie są niebieskie - pierwsze przychodzą na myśl ziemniaki i kukurydza.

Inne odcienie niebieskiego są mniej powszechne tylko dlatego, że nie są pokryte przez główne grupy pigmentów, ale jeśli zejdziesz do poziomu odcienia, to „błękit królewski” jest tylko jednym z wielu na widmo, którego brakuje. Należy również zauważyć, że nadal istnieją rośliny, które mają inne odcienie niebieskiego i są konsumowane, po prostu nie są powszechnie uważane za „żywność”. Lawenda, chicoree, goryczka i bratki mają niebieskie kwiaty w różnych odcieniach i są tradycyjnie używane w przepisach.

Nie ma więc specjalnego powodu ewolucyjnego, dla którego rośliny lub zwierzęta nie powinny być niebieskie - wiele z nich jest niebieskich, a niektóre z nich jemy. Jest to po prostu kulturowy lub językowy trend dla osób mówiących po angielsku, aby nie postrzegać swojego jedzenia jako niebieskiego.