littlerascal様

お待たせしました。
この質問には東京大学で光合成の研究をされている寺島一郎先生が下記のような回答をお寄せ下さいました。ご参考にして下さい。


（寺島先生からの回答）
質問の中に、「同じ葉緑体が同じ気温・湿度の環境に生存しているとき・・・」とありますが、葉緑体も、実は、種や環境によってずいぶん違います。陽樹と陰樹、陽生植物と陰生植物、陽葉と陰葉という言葉があります。同様に、陽葉緑体と陰葉緑体とも言えるような違いがあるのです。

同種の植物を異なる光環境下で栽培すると、明るい所では陽葉、 暗い所では陰葉を作ります。陽葉と陰葉には厚さなどの形態的な差もありますが、持っている葉緑体も違います。光合成の反応を触媒する酵素タンパク質（たとえばカルビン・ベンソンサイクルの酵素）の量と光を吸収するクロロフィルとの比率（酵素／クロロフィル比）は、陽葉緑体の方が、陰葉緑体よりも大きくなっています。前者が光吸収あたりの光合成速度を高めることで強い光のエネルギーでも利用できるようにしているのに対し、後者はなるべく多くの光を吸収するようになっています。一枚の葉の中でも、表側の明るいところには陽葉緑体が、裏側近くの暗いところには陰葉緑体が分化します。葉に単位面積あたり同じ量の窒素などの資源を投入できるとしたら、暗いところでうまくやる葉の方がクロロフィルを多くもつようになるでしょう。しかし、大量の葉緑体を持つためには、これを作るコストや維持するコストがかかるので、暗いところでは、あまり多くの葉緑体を持たないというのもまた事実です。
　
全ての光環境でうまくやれる植物は存在しません。明るい場所に適応している（＝明るい場所が得意な）植物を、暗いところで栽培しても、暗い環境でうまくやれるように形態や機能を変化することはできません。葉緑体は、かなり陰葉緑体的な性質をもつようになりますが、暗い場所に適応した植物の陰葉緑体にくらべると、その酵素／クロロフィル比はかなり高いままです。このように、どの環境でも生存できる植物はなく、また、葉緑体の性質の変化がついていける環境の幅にも限界があります。得意な環境の幅が決まっている植物は、その環境では、他の植物よりも効率的に生きることができます。オールマイティーな植物や、オールマイティーな葉緑体の光環境馴化が見られないことは、こうして理解できます。全体として徐々に暗くなる遷移においてで見られる植物種の交替は、まさに、各環境を得意とする植物が次々と出現することとして理解できます。

寺島　一郎（東京大学大学院・理学研究科・生物科学専攻）