Grundläggande produkter för fotosyntes

Processens utveckling

Även om livet och atmosfären i dag beror på fotosyntes är det troligt att gröna växter utvecklats långt efter de första levande cellerna. När jorden var ung gav elektriska stormar och solstrålning troligen energin för syntesen av komplexa molekyler från många enklare sådana, såsom vatten, ammoniak och metan. De första levande cellerna utvecklades troligen från dessa komplex molekyler (se liv: produktion av polymerer). Till exempel kan oavsiktlig sammanfogning (kondens) av aminosyran glycin och fettsyraacetatet ha bildat komplexa organiska molekyler som kallas porfyriner. Dessa molekyler kan i sin tur ha utvecklats henne till färgade molekyler som kallas pigment – t.ex. klorofyller från gröna växter, bakterioklorofyll av fotosyntetiska bakterier, hemin (det röda pigmentet av blod) och cytokromer, en grupp pigmentmolekyler som är nödvändiga för både fotosyntes och cellulär andning.

Primitiva färgade celler fick sedan utveckla mekanismer för att använda den ljusenergi som absorberas av deras pigment. Först kan energin ha använts omedelbart för att initiera reaktioner som är användbara för cellen. Eftersom processen för användning av ljusenergi fortsatte att utvecklas lagrades dock en större del av den absorberade ljusenergin förmodligen som kemisk energi för att upprätthålla liv. Gröna växter, med sin förmåga att använda ljusenergi för att omvandla koldioxid och vatten till kolhydrater och syre, är kulmen på denna evolutionära process.

De första syrgascellerna (syreproducerande) var troligen de blå- gröna alger (cyanobakterier), som uppträdde för ungefär två till tre miljarder år sedan. Dessa mikroskopiska organismer antas ha ökat syrehalten i atmosfären kraftigt, vilket möjliggör utveckling av aeroba (syreanvändande) organismer. Cyanofyter är prokaryota celler; det vill säga de innehåller inga distinkta membranomslutna subcellulära partiklar (organeller), såsom kärnor och kloroplaster. Gröna växter består däremot av eukaryota celler, i vilka den fotosyntetiska apparaten finns i membranbundna kloroplaster. De kompletta genomssekvenserna av cyanobakterier och högre växter ger bevis för att de första fotosyntetiska eukaryoterna sannolikt var de röda algerna som utvecklades när icke-fotosyntetiska eukaryota celler uppslukade cyanobakterier. Inom värdcellerna utvecklades dessa cyanobakterier till kloroplaster.

Det finns ett antal fotosyntetiska bakterier som inte är syrehaltiga (t.ex. svavelbakterierna som tidigare diskuterats). Den evolutionära vägen som ledde till att dessa bakterier skilde sig från den som resulterade i syreorganismer. Förutom frånvaron av syreproduktion skiljer sig icke-oxigen fotosyntes från syres fotosyntes på två andra sätt: ljus med längre våglängder absorberas och används av pigment som kallas bakterioklorofyller, och reducerade föreningar andra än vatten (såsom vätesulfid eller organiska molekyler) ger elektroner som behövs för att minska koldioxiden.