变色的龙虾

缥缈外星人

龙虾和螃蟹都是餐桌上人们竞相举箸品尝珍馐美味，可你有没有注意过，生的龙虾螃蟹是蓝黑色的，而蒸锅里呆上几分钟就立刻变成十分鲜艳夺目的红色，令人食欲大开。这到底是怎么回事呢？这看似简单的问题，却难倒了众多科学家，时至二十一世纪，荷兰的化学家的研究成果才令全世界的人茅塞顿开。
    以前，一些化学家发现，龙虾和螃蟹被煮熟时，它们壳里面的一种蛋白质－甲壳蛋白会受热扭曲分解，释放出一种类似于胡萝卜素的色素物质，叫虾青素。自由自在的虾青素就能使熟透的龙虾呈现出诱人的鲜红色。可是，一直悬而未决的问题时，活的龙虾螃蟹为什么是蓝黑色的呢？被甲壳蛋白束缚着的虾青素为何就显现不出红色呢？这可让人百思不得其解。2005年，荷兰莱顿大学的科学家弗朗西斯科·布达（Francesco Buda）教授和他的实验小组成员，动用了固体核磁共振和共振拉曼光谱，通过精确的量子计算手段发现，甲壳蛋白中成对存在并交叉成X型的虾青素分子会发生激子耦合(exciton coupling)，就好像两根相邻的电线，它们传输的电信号会互相干扰一样，这些小分子也会互相干扰，这而改变虾青素分子的量子能态。因为这种量子能态的改变，就导致它们所能吸收光的波长的改变，所以就能改变龙虾的颜色。他们的这一成果发表在《美国化学会杂志》。
    布达对他的理论的解释是，红色素吸收光谱中的蓝色和绿色部分，所以才能反射出红色光。当虾青素与甲壳蛋白结合时，虾青素的光吸收频率范围增加了，一直能到波长更长的部分（就是更靠近红色的部分），也就是说虾青素能吸收更多的可见光，所以，活龙虾呈现出蓝黑色。而当龙虾被煮熟了以后，虾青素自由了，神奇的量子化光谱的变化发生了，虾青素光的吸收能力弱了，光谱吸收范围窄了，龙虾就变得通体通红了。在此之前的理论一致认为是甲壳蛋白分子扭曲了虾青素分子的结构，从而使其光吸收范围扩大。布达小组的研究人员这次精确计算出的虾青素量子能态公式，发现甲壳蛋白分子的结构改变和极化效应只能引起三分之一波长范围的移动，从而部分否定了这一理论，而让真正的原因大白于天下。
    如此小孩子都能提出的问题，你也许以为在<十万个问什么>里就能找到答案，却经过了好几个世纪才得以突破，这让布达教授自己也很惊讶。但是他承认，只有最近五到十年的时间里，计算机发展的速度才能够处理这些很棘手很大量的量子力学计算问题。不过他也对他自己从小就有的好奇心得以肯定。我们身边其实有很多奇异的现象，可能正是科学上的难题，一个值得思考，值得探索的问题，而孩子们的好奇心总是善于发现，善于问一些稀奇古怪的问题。保持一颗童心，保持对世界的好奇，这才是科学家们成功的要素吧。