科学家还发现，四碳植物甘蔗进行光合作用的时候，还有一套比较复杂的酶系统和二氧化碳结合。具体讲，有两种酶和二氧化碳结合的很紧密：一种是二磷酸核酮糖羧化酶，另一种是磷酸烯醇丙酮酸羧化酶。这两种酶都能把一丁点儿的二氧化碳尽快地送进“车间”。所以，在同样的条件下，甘蔗光合作用的效率比小麦高。
更有趣的是，那些长期生活在沙漠里的仙人掌，可称是景天科植物中的佼佼者了。白天，沙漠奇热，它惜水如金，紧闭气孔；一到晚上，气孔敞开，由一种酶把二氧化碳先运到细胞的液泡中，暂时贮存起来。等到白天，在强烈的阳光下再“闭门生产”。这时候，二氧化碳再源源不断地从液泡运到“车间”。科学家发现仙人掌负责和二氧化碳结合的酶，同四碳植物的酶一样，都是结合能力很强的酶。二氧化碳进入仙人掌的绿茎以后，也是先形成一个含有四个碳原子的化合物，但是又和甘蔗、玉米等四碳植物不同。甘蔗是在白天进行光合作用，直接利用二氧化碳作原料，不需要在液泡里暂时贮存。
从以上和二氧化碳产生不同变化的植物类型来看，四碳植物的光合作用效率比三碳植物高，所以，世界上许多农业专家、生物学家都力图把三碳植物变成四碳植物。从不同植物具有不同的光呼吸，科学家们得到启示：想办法降低光呼吸作用来提高光合作用效率。但是，做了许多实验都没有成功。经过研究，现在自然界中的四碳植物，大约有一百多种，大多都是起源于热带的植物；其余的基本上是三碳植物。科学家正继续探索三碳植物变成四碳植物的途径。
大约到70年代初期，美国科学家又发现在滨藜科的植物中，既有三碳植物，又有四碳植物。他们用这两种植物进行杂交实验，也就是让三碳植物和四碳植物进行异花传粉。结果，在后代植株上面，表面看起来像四碳植物，实际上，四碳植物的优点却没有了。分析主要原因是由于三碳植物和四碳植物的内部结构和功能不同。从这个实验说明用杂交的办法目前是不行的。
科学家认为，解决这个问题最有希望的办法是基因移植，也叫做遗传工程，这样才有可能提高低光呼吸植物的光合作用效率。
什么是基因呢？平时，你所看到的植物各种各样，有的高，有的茎细，有的花小，有的果大等等，这些叫做不同的性状，而且这些性状可以遗传下去。是谁控制着生物体中多种多样的性状呢？原来，在细胞核里有许多棒状的染色体，在染色体上面就排列着许许多多基因，一个基因控制着一个性状。因为基因可以一代一代地遗传下去，所以生物的性状也就跟着遗传了。
随着现代生物学的发展，科学家能够运用一种专门的技术给生物细胞做“手术”，把基因从一个生物体的细胞里移植到另一个生物体的细胞里去。这个专门技术叫做遗传工程。如果把四碳植物的遗传基因移植到三碳植物里面，这样，三碳植物也就像四碳植物那样长出先进的“生产设备”，从而大大提高生产效率。如果能做到这一点，“绿色工厂”合成的产品，就可以翻几番，地球上就可以增加多少亿吨的粮食。
开发能源的新途径
目前，全世界每年大约耗费煤炭等能源物资几十亿吨，1979年，美国单石油一项就消耗九亿两千四百万吨之多。如果按这个速度耗费，要不了二百年，地下贮藏的石油、煤等能源就要消耗殆尽。所以，科学家正在千方百计地寻找新能源。
探索光合作用的秘密，是开发能源的理想办法之一。
大家知道，太阳光是用之不尽，取之不竭的能源，水也是最丰富的资源。如果能像“绿色工厂”那样，吸收太阳光来分解水，把水变成氢气和氧气，那该是多么理想的办法！氢气是不污染空气的良好能源，现在一般用电分解水得到它，还要消耗大量的电源。所以，模拟光合作用用光来分解水是重要的方向。
人类有没有办法实现这个理想呢？
这，乍看起来似乎十分困难。因为通常绿色植物利用太阳光分解水总是放出氧气和生成还原态氢，再用还原态氢去还原二氧化碳，生成碳水化合物，而不会放出氢气来。
然而，人们通过长期的观察和研究，也找到一些植物用光分解水以后是能放出氢气的。比如，有一些藻类——绿藻、红藻和蓝绿藻等等，它们身上就有一种特殊的放氢酶。人们把它们放在无氧条件下培养一个时期以后，在光照下就可以产生氢气。虽然这些植物产生氢气的量很少，而且放氢的速度也慢，但它毕竟给人类仿照植物的光合作用来分解水作出了启示。
1973年，美国科学基金会特别拨出一笔经费，成立专门研究小组，研究如何仿照“绿色工厂”分解水制取氢气和氧气的办法。经过努力，果然有所突破。研究小组提出用叶绿体和放氢酶联合作战的方案来光解水。他们从菠菜叶子中提取叶绿体，从梭菌体内提取放氢酶，把它们混在一块，再加进一个能传递电子的化合物——甲基精紫。然后，把它们安置在无氧的环境中，经过太阳光的照射，结果，很快地放出了氢气。
1977年，这项研究又取得进展。他们的光解装置效率是每毫克叶绿素每小时可产生125微克的氢气，而且这个光解装置可以连续工作六个半小时。虽然得到的氢气量还是比较少，但它说明人类用植物光解水取得能源是完全可能的。
但是，光合作用分解水是一个非常复杂的问题，目前还只是停留在实验室里进行。要大规模生产还有许多问题有待解决。比如，叶绿体品种的选择、放氢酶的稳定性等等。不过，用光分解水的办法解决能源的课题，已得到世界各国的重视。美国、澳大利亚、日本、英国等都相继成立专门的组织和联合会，致力研究。相信在不久的将来，人类一定能实现以光解水取得能源的宏伟目标。
绿色“发电厂”
植物利用太阳光分解水获得氢气和氧气，只是一个间接解决人类对能源需求的办法。能不能把太阳光直接转变成电能呢？用半导体材料制作的光电池，就是这样一种装置。不过现在人们还正求助于“绿色工厂”建立绿色“发电厂”，从另一个途径实现这个宏伟目标。
前面讲过，绿色植物的光合作用是在叶绿体中进行的。叶绿体里面有专门捕捉阳光的光合膜，它是由叶绿素分子、磷脂以及蛋白质组成并有严密结构的膜。光合膜体积很小，只有几个微米，但能力大得惊人，具有捕捉阳光、传递电子和能量转换等功能。它在光合作用中起主力作用。依靠它，通过一系列电子传递来实现光合作用。
于是，人们设想以叶绿素为主体制造一个人工光合膜，然后把光能激发，形成电流。如果形成的电流强大，那就成为一个绿色“发电厂”了。
这个宏伟的设想能不能成为现实呢？
能。美国科学家经过十年的努力，用这种模拟光合作用的光化学反应产生电流，已经获得成功，并且应用在“阿波罗三号”人造卫星上面。只是价格昂贵，需要进一步改进。
后来，日本著名科学家落合教授也用实验作出肯定的回答。
落合教授从小对“绿色工厂”就发生兴趣，立志要揭开它的奥秘。他大学毕业以后，从事光合作用的研究，取得了成绩。1979年，他为建立绿色“发电厂”迈出了可喜的第一步。
落合教授详细分析了光合膜的结构和功能，发现分离出来的叶绿素，在阳光照射下，可以进行两个化学反应。如果把这两个反应放在一起，就有电子转移。于是，他就模拟光合膜结构，以叶绿素为主体，制作了一个人工光合膜，铺在水面上形成单分子层，在太阳光照射下，膜的上下两面果然产生了电位差。
近来，落合教授又进一步改造人工光合膜的性能，添加了一些过渡元素化合物作催化剂，提高了膜电子传递的能力。据报导，利用中午的阳光照射，从人工光合膜上，可以获得12微安培的电流。这说明，利用“绿色工厂”的原理是可以发电的。
落合教授试验初步取得成功，人们设想：有朝一日，能造出一个巨大的人工光合膜，把它覆盖在厂房和住房的房顶上，一年四季都可以利用太阳能来发电，源源不断地供应工厂和家庭对电能的需要。
光合固氮
把空气里的氮变成含氮化合物的过程，叫做固氮。化学上固氮的办法比较复杂，需要在高温、高压和高活性催化剂的帮助下，才能做到。但是，生物固氮就简单得多了。比如，有一种叫根瘤菌的微生物，它和豆科植物共生，在常温常压下，就能不断地制造氮的化合物。
那么光合作用能固氮吗？
回答这个问题得从光合细菌说起。
前面讲过，本世纪30年代，科学家发现紫色和绿色的细菌也像绿色植物那样有光合作用的本领，它们也能把光能转变为化学能。
不过，真正揭开光合细菌之谜的，那还是近年的事。据美国科学家卡白昂许的研究，光合细菌身上有一种独特的光合器，里面有类似叶绿素那样的物质，能捕捉光能，传递电子，合成许多营养物质。有一种叫红色无硫细菌，它的光合器中就有一系列类似橙红色胡萝卜素的化合物。卡白昂许等人研究表明：光合细菌不仅能固定空气中的二氧化碳，还能进一步利用太阳光固氮。因此，光合细菌已作为生物氮肥施加在农田上，达到了增产的目的。据报导，光合细菌分别施加到水稻、茄子、辣椒等农作物上，可以分别增产46%、35%和54%。日本科学家小林达治把光合细菌喷洒到柿树和温州蜜桔上，不仅可以使果品鲜美，产量增加，而且提高果品的糖分、维生素B、维生素C等含量。
科学家在研究光合细菌固氮的同时，也发现有些绿色植物有光合固氮的能力，特别是有些热带植物和某些藻类植物，光合固氮的能力更为显著。
光合细菌和某些植物为什么能光合固氮呢？
这正是科学家研究的重大课题。他们初步认为，光合固氮是在光合膜上进行反应的。在光合膜接受光能以后，发生了一系列的电子传递，当“绿色工厂”里的一些高能物质把电子递交给氮的时候，氮就被还原成为氮的化合物了。
光合固氮的秘密揭开以后，人们就可以进一步地模拟它，把光合固氮推广到一般植物体上面，那样，我们就可以不给或少给庄稼施肥，同样获得丰收。
富有魅力的目标吸引了许多科学家。我们相信，再经过几代人的努力，这些光辉的理想，一定会变为灿烂的现实。
生物进化论的发现
1859年11月的一天，在英国伦敦，人们纷纷涌向书店，购买一本刚刚出版的新书——《物种起源》，初版1250本书在发行的当天就被销售一空。原来不甚愿意承印这本书的出版商喜出望外，接着再版3000本，又很快告罄。购书的要求从美国、德国纷至沓来……“我完全相信，物种不是不变的”，“一切生物都不是神创的，而是少数生物的直系后代。”书中的观点震撼了世界，动摇了禁锢人们思想许多个世纪的神创论。
这本书的作者，就是英国伟大的博物学家查理·达尔文，是他完成了具有划时代意义的进化论。
达尔文并不是最早提出进化论的人，在他之前，已有许多科学家、哲学家提出进化论的思想了。
向神创论挑战
地球上的生物是从哪里来的？为什么会有千千万万各不相同的物种？自古以来，这个问题就引起人们不断的争论。
古希腊的阿那克西曼德曾猜测：“人是由鱼变成的，是从水中到陆地上来的。”这可以说是进化思想的最早萌芽。
但是长期以来，统治人们思想的还是人和万物都是由神创造的说法，其中影响最大的就是神创论。
基督教的经典《圣经》第一篇《创世纪》中这样记载着，地球还有地球上的生物是上帝用6天时间创造出来的。上帝用泥土造出了男人，又用这个男人的肋骨造出了女人，然后又造出了树木、走兽、飞鸟、爬虫等各种生物。每一种生物都是上帝有目的创造的。猫被造出来是为了吃老鼠，老鼠被造出来是为了给猫吃。而这些生物又都是为人服务的：猫所以吃老鼠，是因为老鼠对人类有害。物种是不变的，上帝开天辟地时创造出多少个物种，现在就有多少个物种。这就是神创论。
那时候，谁要是反对《圣经》，和《圣经》的说法不一致，就被认为是大逆不道，将遭到教会的严厉处罚，甚至被判处死刑。最早研究血液循环的西班牙医生塞尔维特、宣传日心说的意大利哲学家布鲁诺，都因触犯了《圣经》，而被烧死在火刑场上。
但是真理是压不住的。18世纪，随着科学技术的进步，特别是胚胎学、解剖学的发展，上帝创造万物和物种不变的观点，遭到了越来越多人的怀疑和反对。
法国博物学家布丰研究了大量的动植物和化石后，提出生物是在变异的。他认为，地球曾经是一片汪洋，先有水栖生物，后来才发展出陆栖生物，并随着热带、温带、寒带光照的不同，形成了不同的物种。
可是，后来在宗教的压力下，布丰不得不放弃了自己的观点，违心地宣布：“我没有任何反对《圣经》的意图，我放弃我的著作中所有可能与摩西故事相抵触的看法。”
德国自然哲学家和胚胎学家沃尔弗从胚胎学角度向物种不变论发出了挑战。按照上帝创造万物的观点，上帝一开始把人造成什么样，人就永远是这种样子。因此人在胚胎期间就应该具备完整的心、脑、五官、四肢等，是一个缩成胚胎般大小的小人。可是沃尔弗在研究鸡胚胎时发现，生物的组织和器官是在发育过程中逐步形成的，并不是一开始就有的。
