Evoluția procesului
© MinuteEarth (A Britannica Publishing Partner) Vedeți toate videoclipurile pentru acest articol
Deși viața și calitatea atmosferei de astăzi depind de fotosinteză, este probabil că plantele verzi au evoluat mult timp după primele celule vii. Când Pământul era tânăr, furtunile electrice și radiațiile solare au furnizat probabil energia pentru sinteza moleculelor complexe din cele mai simple din abundență, cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Primele celule vii au evoluat probabil din aceste complexe molecule (vezi viața: producția de polimeri). De exemplu, îmbinarea accidentală (condensarea) aminoacidului glicină și acetatului de acizi grași poate fi format molecule organice complexe cunoscute sub numele de porfirine. Aceste molecule, la rândul lor, ar fi putut evolua furt ea în molecule colorate numite pigmenți – de exemplu, clorofile plantelor verzi, bacterioclorofila bacteriilor fotosintetice, hemina (pigmentul roșu al sângelui) și citocromii, un grup de molecule pigmentare esențiale atât în fotosinteză, cât și în respirația celulară.
© MinuteEarth (A Britannica Publishing Partner) Vedeți toate videoclipurile acestui articol
Celulele colorate primitive au trebuit apoi să dezvolte mecanisme de utilizare a energiei luminoase absorbite de pigmenții lor. La început, energia ar fi putut fi utilizată imediat pentru a iniția reacții utile celulei. Cu toate că procesul de utilizare a energiei luminoase a continuat să evolueze, totuși, o parte mai mare din energia luminii absorbite a fost probabil stocată ca energie chimică, pentru a fi utilizată pentru a menține viața. Plantele verzi, cu capacitatea lor de a folosi energia luminii pentru a converti dioxidul de carbon și apa în carbohidrați și oxigen, sunt punctul culminant al acestui proces evolutiv.
Primele celule oxigenice (producătoare de oxigen) probabil au fost alge verzi (cianobacterii), care au apărut cu aproximativ două miliarde până la trei miliarde de ani în urmă. Se crede că aceste organisme microscopice au crescut foarte mult conținutul de oxigen din atmosferă, făcând posibilă dezvoltarea organismelor aerobe (care utilizează oxigen). Cianofitele sunt celule procariote; adică nu conțin particule subcelulare distincte (organite) închise cu membrană, cum ar fi nucleele și cloroplastele. Plantele verzi, în schimb, sunt compuse din celule eucariote, în care aparatul fotosintetic este conținut în cloroplaste legate de membrană. Secvențele genomice complete ale cianobacteriilor și plantelor superioare oferă dovezi că primele eucariote fotosintetice au fost probabil algele roșii care s-au dezvoltat atunci când celulele eucariote nonfotosintetice au înghițit cianobacteriile. În cadrul celulelor gazdă, aceste cianobacterii au evoluat în cloroplaste.
Există o serie de bacterii fotosintetice care nu sunt oxigenice (de exemplu, bacteriile de sulf discutate anterior). Calea evolutivă care a condus la aceste bacterii a divergut de cea care a dus la organismele oxigenice. Pe lângă absența producției de oxigen, fotosinteza nonoxigenică diferă de fotosinteza oxigenică în alte două moduri: lumina cu lungimi de undă mai mari este absorbită și utilizată de pigmenții numiți bacterioclorofile, iar compușii reduși, altele decât apa (cum ar fi sulfura de hidrogen sau moleculele organice), oferă electroni necesari pentru reducerea dioxidului de carbon.