叶绿体:生命世界的引擎
目前，随着石油、煤炭等传统化石燃料的日益短缺，世界各地的科学家都在绞尽脑汁开发可以替代传统燃料的新能源。他们都把目光投向了太阳，因为这个巨大的能源仓库每秒钟会向地球发送17万亿千瓦的能量，相当于世界一年总能耗的35000倍。但是，我们现有的太阳能电池板转换效率太低，即使覆盖地球表面，也无法提供足够的电能。就在我们看着光叹气的时候，大自然早在几十亿年前就造出了一个精致高效的太阳能发动机——叶绿体。毫不夸张地说，叶绿体是生物世界的引擎。正是他们将太阳能转化为植物生长繁殖所需的化学能，并通过食物链传递给动物和微生物，从而促进地球生物世界的生长繁殖和进化。当然，如此重要而精致的发动机不是一朝一夕就能研制出来的，从“设计”到“定型”用了20多亿年。
40亿年前，我们在生命之初就把目光投向了地球。这时候所有的生物都生活在原始海洋中，它们是异养的，也就是说它们不能制造营养物质，只能通过吞咽和分解有机物或者其他生物来供给自己的生命。但是，环境中有机物提供的能量毕竟是有限的。为了获得更多的生存机会，一些人开始尝试使用太阳能作为一种巨大而稳定的能源。大约35亿年前，第一个光合生命——光合细菌，走上了进化的舞台。他们可以利用自己合成的细菌素吸收并转化太阳能。但是这种原始的光合系统有很大的缺陷。一方面，细菌素转化光能的效率低。另一方面，光合细菌需要硫化氢作为反应物质，这与目前植物利用水进行光合作用不同。但硫化氢本身不稳定，在环境中含量低，极大限制了光合细菌的工作量。尽管如此，光合细菌还是第一次将太阳能引入了生物世界，为光合生物乃至整个生物世界的进化奠定了基础。
在随后的几亿年里，叶绿素a和藻胆蛋白取代了集光效率低的细菌素。随着集光效率的提高，原有环境中的“富”硫化氢被迅速消耗掉。这时出现了以蓝藻为代表的最早的植物。他们用的是当时随处可得取之不尽用之不竭的水，而不是硫化氢。从而彻底解决光合作用反应物的需求问题。同时，光合作用开始释放氧气，使得整个生物世界向能量利用效率更高的吸氧生物发展。此时植物中没有叶绿体，由色素和蛋白类囊体组成的光合反应器分散在细胞质中。光合发动机尚处于起步阶段，但效率仍不尽如人意。
完成前期工作后，大自然开始设计效率更高的发动机。首先用廉价高效的叶绿素C代替合成昂贵的藻胆蛋白。由于叶绿素A和叶绿素C组成的光合作用系统更适合海洋中的光照条件，使用这种引擎的植物(如硅藻、海带等。)虽然占据海洋，但只能生活在水环境中。所以，自然还是不满足于这样的“潜水”发动机。经过改进，用叶绿素B代替叶绿素C，最终设计出一种“绿藻”型发动机——叶绿体，成为细胞内光合作用的特殊场所。这样就大大减少了能量传递的损失，提高了光合作用的效率。经过磨合，这款发动机终于具备了两栖条件下使用的功能，原本的绿藻成为了所有陆生绿色高等植物的始祖。直到今天，这种强大的动力装置已经应用于所有的绿色植物。解决了能源之后，植物进入了发展的黄金时代，绿色革命开始了。
新能源工厂-刀片
地球诞生之初，所有的陆地都暴露在太阳强烈的紫外线下，生命只能依靠水来抵御紫外线。因此，第一生命只能在海洋和淡水中生存。植物出现后，光合作用逐渐改变了大气的性质。大气中的氧气含量逐渐增加，在紫外线的作用下形成臭氧。臭氧层吸收了一些紫外线，减弱了地面紫外线辐射的强度，为生物着陆创造了条件。此时，植物开始试图着陆。
俗话说:“兵马未动，粮草先行。”要想在陆地上生存，首先要解决吃饭的问题。当植物生活在水中时，气体和营养物质可以直接在水和细胞之间交换，不用担心缺水。一旦登上陆地，情况就大不一样了——陆地上没有水，二氧化碳和氧气的浓度远远高于水中。藻类简单的设备不仅不能正常产生能量，也不能保证不脱水。于是建了一个新能源工厂，就是刀片。
首先，叶表皮结构的出现是为了防止叶片水分的快速流失。这种透明的组织允许阳光通过，同时将水锁定在叶子内部的叶肉细胞中。但是，只有坚实的皮肤是不够的，因为光合作用还需要气体交换。如果皮肤只是一层致密的外壳，二氧化碳进不去，氧气出不去，整个反应就无法进行下去。因此，植物表皮上有许多开合门——气孔。有了这些屏障，植物可以在适当的时候吸入二氧化碳和释放氧气，在水分过多的时候可以适当的排出水分。这样表皮的叶肉细胞就可以安心的进行光合作用。
告别漂泊的根
当你提到根的作用时，你可能首先想到的是吸收水分和养分让植物生长。这两项是大多数植物根部的工作。然而，最早的根并不吸收水分和养分，而是将植物固定在一个位置上。这种早期类型的根被称为假根，大型藻类(如海带)和苔藓拥有的根是假根。它们之所以被称为假根，是因为这些根内部没有输送水分和养分的通道，根表面也没有吸收水分和养分所需的根毛。它唯一的功能就是修复植物。
在大型藻类和苔藓出现之前，植物(如单细胞藻类和球虫)结构简单，适应外界，几乎都是随波逐流。但是后期的大型藻类需要一个相对稳定的环境才能生长繁殖，所以有些细胞特化为根茎。特别是对于登陆陆地的苔藓植物，假根可以将其固定在适宜的生活环境中，减少风和水流的影响，提高生存概率。
就在苔藓植物挣扎着在陆地上站稳脚跟准备前进的时候，突然发现陆地上大部分的水分都藏在了土壤里。陆地上的矿物质营养以固体形式出现。显然，苔藓的根茎什么也做不了，只能退一步，退到水边和潮湿的环境里。
支持绿色世界-血管系统
苔藓植物虽然在征服土地的战斗中被打败了，但这丝毫没有影响到它们的后继者。很快就出现了具有完整的土壤取水和输水系统的植物(当然，这里的速度与漫长的地质时间相比只有3000万年左右)。蕨类植物是第一种可以在陆地上广泛分布的植物。他们的成功是由于他们体内的血管系统。
蕨类植物的根和茎的皮层中有首尾相连的细胞——管胞，是负责将水分和矿物质从根输送到叶中的通道，也是将光合作用产生的营养物质从叶中输送到根中的通道。这样专业的运输团队，运输效率翻了一番，让蕨类植物比苔藓植物大很多。在蕨类植物中，水和营养物质通过相同的途径输送。在更进化的裸子植物和被子植物中，这两条路线是分开的。枝条中心木质部中的导管负责向叶片输送水分，而树皮中的管胞负责将养分从叶片输送到根部，从而进一步提高输送效率。
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