Grundlæggende produkter fra fotosyntese

Processens udvikling

Selvom liv og atmosfærens kvalitet i dag afhænger af fotosyntese, er det sandsynligt, at grønne planter udviklede sig længe efter de første levende celler. Da Jorden var ung, tilvejebragte elektriske storme og solstråling sandsynligvis energien til syntese af komplekse molekyler fra rigeligt mere enkle, såsom vand, ammoniak og metan. De første levende celler udviklede sandsynligvis fra disse komplekse molekyler (se liv: produktion af polymerer). For eksempel kan utilsigtet sammenføjning (kondensering) af aminosyren glycin og fedtsyreacetatet have dannet komplekse organiske molekyler kendt som porphyriner. Disse molekyler kan igen have udviklet sig hende til farvede molekyler kaldet pigmenter – f.eks. klorofyler fra grønne planter, bakteriochlorofyl af fotosyntetiske bakterier, hemin (det røde pigment af blod) og cytokromer, en gruppe pigmentmolekyler, der er essentielle i både fotosyntese og cellulær respiration.

Primitive farvede celler måtte derefter udvikle mekanismer til brug af lysenergien absorberet af deres pigmenter. Først kan energien have været brugt straks til at igangsætte reaktioner, der er nyttige for cellen. Da processen til udnyttelse af lysenergi fortsatte med at udvikle sig, blev en større del af den absorberede lysenergi sandsynligvis lagret som kemisk energi, der skulle bruges til at opretholde livet. Grønne planter, med deres evne til at bruge lysenergi til at omdanne kuldioxid og vand til kulhydrater og ilt, er kulminationen på denne evolutionære proces.

De første iltceller (iltproducerende) celler var sandsynligvis de blå- grønne alger (cyanobakterier), som dukkede op for omkring to milliarder til tre milliarder år siden. Disse mikroskopiske organismer menes at have i høj grad øget iltindholdet i atmosfæren, hvilket muliggør udvikling af aerobe (iltbrugende) organismer. Cyanofytter er prokaryote celler; det vil sige, de indeholder ingen særskilte membran-lukkede subcellulære partikler (organeller), såsom kerner og kloroplaster. Grønne planter er derimod sammensat af eukaryote celler, hvor det fotosyntetiske apparat er indeholdt i membranbundne kloroplaster. De komplette genom-sekvenser af cyanobakterier og højere planter giver bevis for, at de første fotosyntetiske eukaryoter sandsynligvis var de røde alger, der udviklede sig, da ikke-fotosyntetiske eukaryote celler opslugte cyanobakterier. Inden for værtscellerne udviklede disse cyanobakterier sig til kloroplaster.

Der er et antal fotosyntetiske bakterier, der ikke er iltige (f.eks. De tidligere diskuterede svovlbakterier). Den evolutionære vej, der førte til disse bakterier, afveg fra den, der resulterede i iltorganismer. Ud over fraværet af iltproduktion adskiller ikke-oxygent fotosyntese sig fra iltisk fotosyntese på to andre måder: lys med længere bølgelængder absorberes og bruges af pigmenter kaldet bakteriochlorophylls, og reducerede forbindelser bortset fra vand (såsom hydrogensulfid eller organiske molekyler) giver nødvendige elektroner til reduktion af kuldioxid.