Prodotti di base della fotosintesi

Evoluzione del processo

Anche se la vita e la qualità dellatmosfera oggi dipendono dalla fotosintesi, è probabile che le piante verdi si siano evolute molto tempo dopo le prime cellule viventi. Quando la Terra era giovane, le tempeste elettriche e la radiazione solare probabilmente fornivano lenergia per la sintesi di molecole complesse da quelle abbondanti più semplici, come acqua, ammoniaca e metano. Le prime cellule viventi probabilmente si sono evolute da questi complessi molecole (vedi vita: Produzione di polimeri). Ad esempio, lunione accidentale (condensazione) dellamminoacido glicina e dellacetato di acido grasso può aver formato molecole organiche complesse note come porfirine. Queste molecole, a loro volta, possono essersi evolute ulteriormente trasformandola in molecole colorate chiamate pigmenti, ad esempio clorofille di piante verdi, batterioclorofilla di batteri fotosintetici, emina (il pigmento rosso del sangue) e citocromi, un gruppo di molecole di pigmento essenziali sia nella fotosintesi che nella respirazione cellulare.

Le cellule colorate primitive dovevano quindi evolvere meccanismi per utilizzare lenergia luminosa assorbita dai loro pigmenti. Allinizio, lenergia potrebbe essere stata utilizzata immediatamente per avviare reazioni utili alla cellula. Poiché il processo di utilizzo dellenergia luminosa continuava ad evolversi, tuttavia, una parte maggiore dellenergia luminosa assorbita veniva probabilmente immagazzinata come energia chimica, da utilizzare per mantenere la vita. Le piante verdi, con la loro capacità di utilizzare lenergia della luce per convertire lanidride carbonica e lacqua in carboidrati e ossigeno, sono il culmine di questo processo evolutivo.

Le prime cellule ossigenate (che producono ossigeno) furono probabilmente le blue- alghe verdi (cianobatteri), apparse da circa due miliardi a tre miliardi di anni fa. Si ritiene che questi organismi microscopici abbiano notevolmente aumentato il contenuto di ossigeno nellatmosfera, rendendo possibile lo sviluppo di organismi aerobici (che utilizzano ossigeno). I cianofiti sono cellule procariotiche; cioè, non contengono particelle subcellulari (organelli) racchiuse in una membrana distinte, come nuclei e cloroplasti. Le piante verdi, al contrario, sono composte da cellule eucariotiche, in cui lapparato fotosintetico è contenuto allinterno di cloroplasti legati alla membrana. Le sequenze genomiche complete di cianobatteri e piante superiori forniscono la prova che i primi eucarioti fotosintetici erano probabilmente le alghe rosse che si sono sviluppate quando le cellule eucariotiche non fotosintetiche hanno inghiottito i cianobatteri. Allinterno delle cellule ospiti, questi cianobatteri si sono evoluti in cloroplasti.

Esistono numerosi batteri fotosintetici che non sono ossigenati (ad esempio, i batteri dello zolfo precedentemente discussi). Il percorso evolutivo che ha portato a questi batteri si è discostato da quello che ha prodotto organismi ossigenati. Oltre allassenza di produzione di ossigeno, la fotosintesi non ossigenica differisce dalla fotosintesi ossigenata in altri due modi: la luce di lunghezze donda maggiori viene assorbita e utilizzata da pigmenti chiamati batterioclorofille e composti ridotti diversi dallacqua (come idrogeno solforato o molecole organiche) forniscono il elettroni necessari per la riduzione del biossido di carbonio.