Základní produkty fotosyntézy

Vývoj procesu

Ačkoli dnes život a kvalita atmosféry závisí na fotosyntéze, je pravděpodobné, že se vyvinuly zelené rostliny dlouho po prvních živých buňkách. Když byla Země mladá, elektrické bouře a sluneční záření pravděpodobně poskytovaly energii pro syntézu komplexních molekul z hojných jednodušších, jako je voda, amoniak a metan. První živé buňky se pravděpodobně vyvinuly z těchto komplexů molekuly (viz život: Výroba polymerů). Například náhodné spojení (kondenzace) aminokyseliny glycinu a octanu mastné kyseliny mohlo vytvořit složité organické molekuly známé jako porfyriny. Z těchto molekul se zase mohl vyvinout další ji do barevných molekul zvaných pigmenty – např. chlorofyly zelených rostlin, bakteriochlorofyl fotosyntetických bakterií, hemin (červený pigment krve) a cytochromy, skupina molekul pigmentu nezbytných jak při fotosyntéze, tak při buněčném dýchání.

Primitivní barevné buňky pak musely vyvinout mechanismy pro využití světelné energie absorbované jejich pigmenty. Zpočátku mohla být energie okamžitě použita k zahájení reakcí užitečných pro buňku. Vzhledem k tomu, že proces využití světelné energie se nadále vyvíjel, byla však větší část absorbované světelné energie pravděpodobně uložena jako chemická energie, která se měla použít k udržení života. Zelené rostliny, které mají schopnost využívat světelnou energii k přeměně oxidu uhličitého a vody na uhlohydráty a kyslík, jsou vyvrcholením tohoto evolučního procesu.

Prvními kyslíkovými buňkami (produkujícími kyslík) byly pravděpodobně modré zelené řasy (sinice), které se objevily asi před dvěma miliardami až třemi miliardami let. Předpokládá se, že tyto mikroskopické organismy značně zvýšily obsah kyslíku v atmosféře, což umožnilo vývoj aerobních organismů (využívajících kyslík). Cyanofyty jsou prokaryotické buňky; to znamená, že neobsahují žádné zřetelné membránou uzavřené subcelulární částice (organely), jako jsou jádra a chloroplasty. Zelené rostliny jsou naopak složeny z eukaryotických buněk, ve kterých je fotosyntetický aparát obsažen v membránově vázaných chloroplastech. Kompletní genomové sekvence sinic a vyšších rostlin poskytují důkaz, že první fotosyntetické eukaryoty byly pravděpodobně červené řasy, které se vyvinuly, když neplodné eukaryotické buňky pohltily sinice. V hostitelských buňkách se tyto sinice vyvinuly v chloroplasty.

Existuje celá řada fotosyntetických bakterií, které nejsou kyslíkové (např. Dříve diskutované sírové bakterie). Evoluční cesta, která vedla k těmto bakteriím, se lišila od cesty, která vyústila v kyslíkové organismy. Kromě absence produkce kyslíku se neoxygenní fotosyntéza liší od kyslíkové fotosyntézy dvěma dalšími způsoby: světlo delších vlnových délek je absorbováno a používáno pigmenty zvanými bakteriochlorofyly a redukované sloučeniny jiné než voda (například sirovodík nebo organické molekuly) poskytují elektrony potřebné pro redukci oxidu uhličitého.