A fotoszintézis alaptermékei

A folyamat alakulása

Bár az élet és a légkör minősége napjainkban a fotoszintézistől függ, valószínű, hogy zöld növények fejlődtek ki jóval az első élő sejtek után. Amikor a Föld fiatal volt, az elektromos viharok és a napsugárzás valószínűleg energiát szolgáltattak bonyolultabb molekulák szintéziséhez rengeteg egyszerűbbből, például vízből, ammóniából és metánból. Az első élő sejtek valószínűleg ezekből a komplexekből fejlődtek ki molekulák (lásd: élet: Polimerek előállítása). Például a glicin aminosav és a zsírsav-acetát véletlenszerű összekapcsolódása (kondenzáció) összetett, porfirinek néven ismert szerves molekulákat alkothatott. Ezek a molekulák viszont tovább fejlődhettek színes molekulákká, pigmenteknek nevezzük őket – pl. zöld növények klorofilljei, fotoszintetikus baktériumok bakterioklorofillje, hemin (a vér vörös pigmentje) és citokrómok, a fotomintézisben és a sejtlégzésben egyaránt elengedhetetlen pigmentmolekulák csoportja.

Ezután a primitív színes sejteknek mechanizmusokat kellett kidolgozniuk a pigmentjeik által elnyelt fényenergia felhasználására. Eleinte az energiát azonnal felhasználhatták a sejt számára hasznos reakciók elindításához. Mivel a fényenergia felhasználásának folyamata tovább fejlődött, az elnyelt fényenergia nagyobb része valószínűleg kémiai energiaként került tárolásra, amelyet az élet fenntartására használtak fel. A zöld növények azzal a képességükkel, hogy fényenergiát használnak a szén-dioxid és a víz szénhidrátokká és oxigénné történő átalakítására, ennek az evolúciós folyamatnak a csúcspontja.

Az első oxigén (oxigént termelő) sejtek valószínűleg a kék- zöld algák (cianobaktériumok), amelyek körülbelül két-három milliárd évvel ezelőtt jelentek meg. Úgy gondolják, hogy ezek a mikroszkópos organizmusok jelentősen megnövelték a légkör oxigéntartalmát, lehetővé téve az aerob (oxigént használó) organizmusok fejlődését. A cianofiták prokarióta sejtek; vagyis nem tartalmaznak külön membránba zárt szubcelluláris részecskéket (organellákat), például magokat és kloroplasztokat. A zöld növények ezzel szemben eukarióta sejtekből állnak, amelyekben a fotoszintetikus készülék membránhoz kötött kloroplasztokban található. A cianobaktériumok és a magasabb rendű növények teljes genomszekvenciája bizonyítékot szolgáltat arra, hogy az első fotoszintetikus eukarióták valószínűleg azok a vörös algák voltak, amelyek akkor alakultak ki, amikor a nem fotoszintetikus eukarióta sejtek elnyelték a cianobaktériumokat. A gazdasejteken belül ezek a cianobaktériumok kloroplasztokká fejlődtek.

Számos olyan fotoszintetikus baktérium létezik, amelyek nem oxigénnel rendelkeznek (például a korábban tárgyalt kénbaktériumok). Az evolúciós út, amely ezekhez a baktériumokhoz vezetett, eltért az oxigén organizmusokat eredményezőtől. Az oxigéntermelés hiánya mellett az oxigénmentes fotoszintézis két más módon különbözik az oxigénes fotoszintézistől: a hosszabb hullámhosszúságú fényt abszorbeálják és felhasználják a bakterioklorofill nevű pigmentek, és a vízen kívüli redukált vegyületek (például hidrogén-szulfid vagy szerves molekulák) biztosítják a a szén-dioxid redukciójához szükséges elektronok.