Grunnleggende produkter for fotosyntese

Utvikling av prosessen

Selv om livet og atmosfærens kvalitet i dag avhenger av fotosyntese, er det sannsynlig at grønne planter utviklet seg lenge etter de første levende cellene. Da jorden var ung, ga sannsynligvis elektriske stormer og solstråling energien til syntesen av komplekse molekyler fra mange enklere, som vann, ammoniakk og metan. De første levende cellene utviklet seg sannsynligvis fra disse kompleksene molekyler (se liv: Produksjon av polymerer). For eksempel kan utilsiktet sammenføyning (kondensering) av aminosyren glycin og fettsyreacetatet ha dannet komplekse organiske molekyler kjent som porfyriner. Disse molekylene kan i sin tur ha utviklet seg henne til fargede molekyler kalt pigmenter – f.eks. klorofyller av grønne planter, bakterioklorofyll av fotosyntetiske bakterier, hemin (det røde pigmentet av blod) og cytokromer, en gruppe pigmentmolekyler som er essensielle i både fotosyntese og cellulær respirasjon.

Primitive fargede celler måtte deretter utvikle mekanismer for å bruke lysenergien absorbert av pigmentene. Først kan energien ha blitt brukt umiddelbart for å initiere reaksjoner som er nyttige for cellen. Etter hvert som prosessen for utnyttelse av lysenergi fortsatte å utvikle seg, var imidlertid en større del av den absorberte lysenergien sannsynligvis lagret som kjemisk energi, som skulle brukes til å opprettholde livet. Grønne planter, med deres evne til å bruke lysenergi til å omdanne karbondioksid og vann til karbohydrater og oksygen, er kulminasjonen av denne evolusjonære prosessen.

De første oksygenholdige (oksygenproduserende) cellene var sannsynligvis de blå- grønne alger (cyanobakterier), som dukket opp for rundt to milliarder til tre milliarder år siden. Disse mikroskopiske organismer antas å ha økt oksygeninnholdet i atmosfæren sterkt, noe som muliggjør utvikling av aerobe (oksygenbrukende) organismer. Cyanofytter er prokaryote celler; det vil si at de ikke inneholder noen distinkte membranlukkede subcellulære partikler (organeller), så som kjerner og kloroplaster. Grønne planter er derimot sammensatt av eukaryote celler, der det fotosyntetiske apparatet er inneholdt i membranbundne kloroplaster. De komplette genom-sekvensene av cyanobakterier og høyere planter gir bevis for at de første fotosyntetiske eukaryotene sannsynligvis var de røde alger som utviklet seg da ikke-fotosyntetiske eukaryote celler oppslukte cyanobakterier. Innenfor vertscellene utviklet disse cyanobakteriene seg til kloroplaster.

Det er en rekke fotosyntetiske bakterier som ikke er oksygenholdige (f.eks. Svovelbakteriene som tidligere er diskutert). Den evolusjonære banen som førte til at disse bakteriene avvek fra den som resulterte i oksygenorganismer. I tillegg til fraværet av oksygenproduksjon, skiller ikke-oksygen fotosyntese seg fra oksygenisk fotosyntese på to andre måter: lys med lengre bølgelengder absorberes og brukes av pigmenter som kalles bakterioklorofyller, og reduserte forbindelser annet enn vann (som hydrogensulfid eller organiske molekyler) gir elektroner som trengs for reduksjon av karbondioksid.