Grundprodukte der Photosynthese

Entwicklung des Prozesses

Obwohl das Leben und die Qualität der Atmosphäre heute von der Photosynthese abhängen, ist es wahrscheinlich, dass sich grüne Pflanzen entwickelt haben lange nach den ersten lebenden Zellen. Als die Erde jung war, lieferten elektrische Stürme und Sonnenstrahlung wahrscheinlich die Energie für die Synthese komplexer Moleküle aus reichlich einfacheren wie Wasser, Ammoniak und Methan. Die ersten lebenden Zellen entwickelten sich wahrscheinlich aus diesem Komplex Moleküle (siehe Leben: Herstellung von Polymeren). Beispielsweise kann die versehentliche Verbindung (Kondensation) der Aminosäure Glycin und des Fettsäureacetats komplexe organische Moleküle gebildet haben, die als Porphyrine bekannt sind. Diese Moleküle können sich wiederum weiter entwickelt haben Sie in farbige Moleküle, sogenannte Pigmente, z. B. Chlorophylle grüner Pflanzen, Bakteriochlorophyll photosynthetischer Bakterien, Hämin (das rote Pigment des Blutes) und Cytochrome, eine Gruppe von Pigmentmolekülen, die sowohl für die Photosynthese als auch für die Zellatmung essentiell sind.

Primitive farbige Zellen mussten dann Mechanismen entwickeln, um die von ihren Pigmenten absorbierte Lichtenergie zu nutzen. Zunächst wurde die Energie möglicherweise sofort verwendet, um für die Zelle nützliche Reaktionen auszulösen. Da sich der Prozess zur Nutzung der Lichtenergie weiterentwickelte, wurde wahrscheinlich ein größerer Teil der absorbierten Lichtenergie als chemische Energie gespeichert, um das Leben zu erhalten. Grüne Pflanzen, die mit Lichtenergie Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate und Sauerstoff umwandeln können, sind der Höhepunkt dieses Evolutionsprozesses.

Die ersten sauerstoffhaltigen (sauerstoffproduzierenden) Zellen waren wahrscheinlich die blauen Zellen. Grünalgen (Cyanobakterien), die vor etwa zwei bis drei Milliarden Jahren auftraten. Es wird angenommen, dass diese mikroskopischen Organismen den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre stark erhöht haben, was die Entwicklung von aeroben (sauerstoffverwendenden) Organismen ermöglicht. Cyanophyten sind prokaryotische Zellen; Das heißt, sie enthalten keine bestimmten membranumschlossenen subzellulären Partikel (Organellen) wie Kerne und Chloroplasten. Grüne Pflanzen bestehen dagegen aus eukaryotischen Zellen, in denen der Photosyntheseapparat in membrangebundenen Chloroplasten enthalten ist. Die vollständigen Genomsequenzen von Cyanobakterien und höheren Pflanzen liefern Hinweise darauf, dass die ersten photosynthetischen Eukaryoten wahrscheinlich die Rotalgen waren, die sich entwickelten, als nicht-photosynthetische eukaryotische Zellen Cyanobakterien verschlang. Innerhalb der Wirtszellen entwickelten sich diese Cyanobakterien zu Chloroplasten.

Es gibt eine Reihe von photosynthetischen Bakterien, die nicht sauerstoffhaltig sind (z. B. die zuvor diskutierten Schwefelbakterien). Der Evolutionsweg, der zu diesen Bakterien führte, unterschied sich von dem, der zu sauerstoffhaltigen Organismen führte. Zusätzlich zur Abwesenheit der Sauerstoffproduktion unterscheidet sich die nicht-sauerstoffhaltige Photosynthese von der sauerstoffhaltigen Photosynthese in zwei anderen Punkten: Licht längerer Wellenlänge wird von Pigmenten absorbiert und verwendet, die als Bakteriochlorophylle bezeichnet werden, und andere reduzierte Verbindungen als Wasser (wie Schwefelwasserstoff oder organische Moleküle) liefern die Elektronen, die zur Reduktion von Kohlendioxid benötigt werden