Basisproducten van fotosynthese

Evolutie van het proces

Hoewel het leven en de kwaliteit van de atmosfeer tegenwoordig afhankelijk zijn van fotosynthese, is het waarschijnlijk dat groene planten zijn geëvolueerd lang na de eerste levende cellen. Toen de aarde jong was, leverden elektrische stormen en zonnestraling waarschijnlijk de energie voor de synthese van complexe moleculen uit overvloedige eenvoudigere moleculen, zoals water, ammoniak en methaan. De eerste levende cellen zijn waarschijnlijk geëvolueerd uit deze complexe moleculen (zie leven: Productie van polymeren). De toevallige samenvoeging (condensatie) van het aminozuur glycine en het vetzuuracetaat kan bijvoorbeeld complexe organische moleculen hebben gevormd die bekend staan als porfyrines. Deze moleculen kunnen op hun beurt verder zijn geëvolueerd. haar in gekleurde moleculen die pigmenten worden genoemd – bijvoorbeeld chlorofylen van groene planten, bacteriochlorofyl van fotosynthetische bacteriën, hemine (het rode pigment van bloed) en cytochromen, een groep pigmentmoleculen die essentieel zijn voor zowel fotosynthese als cellulaire ademhaling.

Primitief gekleurde cellen moesten vervolgens mechanismen ontwikkelen om de lichtenergie te gebruiken die door hun pigmenten werd geabsorbeerd. In het begin kan de energie onmiddellijk zijn gebruikt om reacties op gang te brengen die nuttig zijn voor de cel. Naarmate het proces voor het gebruik van lichtenergie zich verder ontwikkelde, werd waarschijnlijk een groter deel van de geabsorbeerde lichtenergie opgeslagen als chemische energie om te worden gebruikt om in leven te blijven. Groene planten, met hun vermogen om lichtenergie te gebruiken om kooldioxide en water om te zetten in koolhydraten en zuurstof, vormen het hoogtepunt van dit evolutionaire proces.

De eerste zuurstof (zuurstofproducerende) cellen waren waarschijnlijk de blauwe- groene algen (cyanobacteriën), die ongeveer twee miljard tot drie miljard jaar geleden verschenen. Aangenomen wordt dat deze microscopisch kleine organismen het zuurstofgehalte van de atmosfeer sterk hebben verhoogd, waardoor de ontwikkeling van aërobe (zuurstofverbruikende) organismen mogelijk is geworden. Cyanofyten zijn prokaryote cellen; dat wil zeggen, ze bevatten geen aparte door een membraan omsloten subcellulaire deeltjes (organellen), zoals kernen en chloroplasten. Groene planten daarentegen zijn samengesteld uit eukaryote cellen, waarin het fotosyntheseapparaat zich bevindt in membraangebonden chloroplasten. De volledige genoomsequenties van cyanobacteriën en hogere planten leveren het bewijs dat de eerste fotosynthetische eukaryoten waarschijnlijk de rode algen waren die zich ontwikkelden toen niet-fotosynthetische eukaryote cellen cyanobacteriën overspoelden. In de gastheercellen evolueerden deze cyanobacteriën tot chloroplasten.

Er zijn een aantal fotosynthetische bacteriën die niet zuurstofrijk zijn (bijv. De eerder besproken zwavelbacteriën). Het evolutionaire pad dat tot deze bacteriën leidde, week af van het pad dat resulteerde in zuurstofrijke organismen. Naast de afwezigheid van zuurstofproductie, verschilt niet-zuurstofrijke fotosynthese op twee andere manieren van zuurstofrijke fotosynthese: licht met langere golflengten wordt geabsorbeerd en gebruikt door pigmenten die bacteriochlorofylen worden genoemd, en gereduceerde verbindingen anders dan water (zoals waterstofsulfide of organische moleculen) elektronen die nodig zijn voor de reductie van kooldioxide.