Fotosynteesin perustuotteet

Prosessin kehitys

Vaikka elämä ja ilmakehän laatu riippuvat nykyään fotosynteesistä, on todennäköistä, että vihreät kasvit kehittyvät kauan ensimmäisten elävien solujen jälkeen. Kun maa oli nuori, sähkömyrskyt ja aurinkosäteily tarjosivat todennäköisesti energiaa monimutkaisten molekyylien synteesille runsaista yksinkertaisimmista molekyyleistä, kuten vedestä, ammoniakista ja metaanista. Ensimmäiset elävät solut todennäköisesti kehittyivät näistä komplekseista Esimerkiksi aminohappoglysiinin ja rasvahappoasetaatin vahingossa liittyminen (kondensoituminen) on saattanut muodostaa monimutkaisia orgaanisia molekyylejä, jotka tunnetaan porfyriineinä. Nämä molekyylit puolestaan ovat saattaneet kehittyä värillisiksi molekyyleiksi, joita kutsutaan pigmenteiksi – esim. vihreiden kasvien klorofylliksi, fotosynteettisten bakteerien bakterioklorofylli, hemiiniksi (veren punainen pigmentti) ja sytokromeiksi, ryhmäksi pigmenttimolekyylejä, jotka ovat välttämättömiä sekä fotosynteesissä että soluhengityksessä.

Alkuperäisten värillisten solujen oli sitten kehitettävä mekanismeja pigmenttien absorboiman valoenergian käyttämiseksi. Aluksi energiaa on voitu käyttää välittömästi solulle hyödyllisten reaktioiden aloittamiseksi. Valoenergian hyödyntämisprosessin kehittyessä kuitenkin suurempi osa absorboidusta valoenergiasta varastoitiin todennäköisesti kemiallisena energiana, jota käytettiin elämän ylläpitoon. Vihreät kasvit, joilla on kyky käyttää valoenergiaa hiilidioksidin ja veden muuntamiseksi hiilihydraateiksi ja hapeksi, ovat tämän evoluutioprosessin huipentuma.

Ensimmäiset happea tuottavat (happea tuottavat) solut olivat todennäköisesti sinisiä vihreät levät (syanobakteerit), jotka ilmestyivät noin 2-3 miljardia vuotta sitten. Näiden mikroskooppisten organismien uskotaan lisänneen huomattavasti ilmakehän happipitoisuutta, mikä mahdollisti aerobisten (happea käyttävien) organismien kehittymisen. Syanofyytit ovat prokaryoottisia soluja; toisin sanoen ne eivät sisällä erillisiä membraaniin suljettuja alihiukkasia (organelleja), kuten ytimiä ja kloroplasteja. Vihreät kasvit sen sijaan koostuvat eukaryoottisoluista, joissa fotosynteesilaite on kalvoon sitoutuneissa kloroplasteissa. Syanobakteerien ja ylempien kasvien täydelliset genomisekvenssit antavat todisteita siitä, että ensimmäiset fotosynteettiset eukaryootit olivat todennäköisesti punaleviä, jotka kehittyivät, kun ei-fotosynteettiset eukaryoottisolut syövät syanobakteereja. Isäntäsoluissa näistä syanobakteereista kehittyi kloroplasteja.

On olemassa useita fotosynteettisiä bakteereja, jotka eivät ole happipitoisia (esim. Aiemmin käsitellyt rikkibakteerit). Näihin bakteereihin johtanut evoluutioreitti poikkesi polusta, joka johti happisiin organismeihin. Happituotannon puuttumisen lisäksi ei-happinen fotosynteesi eroaa hapen fotosynteesistä kahdella muulla tavalla: pidempien aallonpituuksien valo absorboituu ja sitä käytetään bakterioklorofyyleiksi kutsuttujen pigmenttien avulla, ja muut pelkistetyt yhdisteet kuin vesi (kuten rikkivety tai orgaaniset molekyylit) tarjoavat hiilidioksidin vähentämiseen tarvittavat elektronit.