Перший і сучасний фотосинтез організмів

Деякі організми здатні захоплювати енергію сонячного світла і використовувати його для виробництва органічних сполук. Цей процес, відомий як фотосинтез, необхідний для підтримки життя, оскільки він забезпечує енергію як для виробників, так і споживачів. Фотосинтетичні організми, також відомі як фотоавтотрофи, є організми, здатні до процесу фотосинтезу, включають вищі рослини, деякі протести (водорості та євро), а також бактерії.

При фотосинтезі, легка енергія перетворюється в хімічну енергію, яка зберігається як глюкоза (цукор). Неорганічні сполуки (вуглекислий газ, вода та сонячне світло) використовуються для одержання глюкози, кисню та води. Фотосинтетичні організми використовують вуглець для одержання органічних молекул (вуглеводів, ліпідів та білків), які необхідні для побудови біологічної маси.

Кисень утворюється у вигляді побічного продукту фотосинтезу, який використовується багатьма організмами, включаючи рослини та тварини, для стільникового дихання. Більшість організмів покладаються на фотосинтез, прямо чи опосередковано, для поживних речовин. Гетеротрофні організми, такі як тварини, більшість бактерій та грибів, не здатні до фотосинтезу або вироблення біологічних сполук з неорганічних джерел. Таким чином, вони повинні споживати фотоінтезуючі організми та інші автотропи для поживних речовин.

Перші фотосинтезичні організми

Ми дуже мало знаємо про найдавніші джерела та організми фотосинтезу. Було численні пропозиції щодо того, де і як виникло цей процес, але немає прямих доказів для підтвердження будь-якого з можливих витоків. Є вражаючі докази того, що перші фотосинтетичні організми з`явилися на Землі від приблизно 3,2 до 3,5 мільярда років тому у вигляді строматольних, шаруватих структур, подібних до форм, які утворюють деякі сучасні ціанобактерії. Існує також ізотопний доказ вуглецевої фіксації вуглецю близько 3,7-3,8 мільярда років тому, хоча немає нічого, що вказано, що ці організми були фотосинтезом. Всі ці заяви про ранні фотосинтез дуже суперечливі і викликали багато суперечок у науковому співтоваристві.

Хоча вважається, що життя вперше з`явилося на землі близько 3,5 мільярдів років тому, мабуть, ранні організми не метаболізували кисень. Замість цього вони покладалися на мінерали, розчинені в гарячій воді навколо вулканічного ерокса. Можливо, що ціанобактерії почали виробляти кисень як побічний продукт фотосинтезу. Як концентрація кисню збільшується в атмосфері, він почав отруювати багато інших форм раннього життя. Це призвело до еволюції нових організмів, які можуть використовувати кисень у процесі, відомий як дихання.

Сучасні фотосинтезичні організми

До основних організмів, які переробляються енергія Сонця в органічних сполуках, включають:

• Рослини;
• Водорості (діатоми водоростей, фітопланктон, зелені водорості);
• Evglen;
• Бактерії - ціанобактерії та аноксигенні фотосинтетичні бактерії.

Фотосинтез у рослинах

Фотосинтез рослин відбувається в спеціалізованих органодах рослинних клітин, що називаються хлоропластами. Хлоропласти знаходяться в листі рослин і містять хлорофіл пігмент. Цей зелений пігмент поглинає енергію освітлення, необхідну для процесу фотосинтезу. Хлоропласти містять внутрішню мембранну систему, що складається з структур, званих тилакоїдами, які служать у місцях трансформації легкої енергії в хімічну енергію. Діоксид вуглецю перетворюється на вуглеводи в процесі, відомий як фіксація вуглецю або циклу Кальвіна. Вуглеводи можуть зберігатися як крохмаль, що використовується під час дихання або для виробництва целюлози. Кисень, утворений у процесі, випускається в атмосферу через пори в листі рослин, називається пилом.

Рослини та цикл поживних речовин

Рослини відіграють важливу роль у циклі поживних речовин, зокрема, вуглецю та кисню. Водні та земні рослини (квітучі рослини, мохи та папороті) допомагають регулювати вуглецю в атмосфері, видаляючи діоксид вуглецю з повітря. Рослини також важливі для виробництва кисню, яка випускається в повітря як цінний побічний продукт фотосинтезу.

Водорості та фотосинтез

Водорості - це еукаріотичні організми, які мають характеристики обох рослин, так і тварин. Як тварини, водорості можуть харчуватися органічним матеріалом у своєму середовищі. Деякі водорості також містять органели та структури, виявлені у клітинах тварин, такі як джгутики та центриолі. Як рослини, водорості містять фотосинтетичні органи, називаються хлоропластами. Хлоропласти містять хлорофіл - зелений пігмент, який поглинає світлову енергію для фотосинтезу. Водорості також мають інші фотосинтетичні пігменти, такі як каротиноїди та фікобіліни.

Водорості можуть бути одноклітинними або існувати у великих багатоклітинних організмах. Вони живуть у різних місцях існування, включаючи солоні та свіжі водні медіа, мокрий грунт або породу. Фотосинтетичні водорості, відомі як фітопланктон, зустрічаються як у морі, так і в прісноводному середовищі. Морський фітопланктон складається з діатомів і динофлагетів. Прісноводний фітопланктон включає зелені водорості та ціанобактерії. Фітопланктон поплавок поблизу поверхні води, щоб отримати найкращий доступ до сонячного світла, який необхідний для фотосинтезу. Фотосинтетичні водорості є життєво важливими для глобального циклу речовин, таких як вуглець і кисень. Вони поглинають діоксид вуглецю з атмосфери та генерують більше половини кисню на планетарному рівні.

Утворювати

Evglen - одноклітинні листи, які були класифіковані за типом Evglen (Euglenophyta) з водоростями через його здатність до фотосинтезу. В даний час вчені вважають, що вони не водорості, але придбали свої фотосинтетичні здібності через ендосимбіотичні відносини з зеленими водоростями. Таким чином, Evglen був поміщений у типологію Євглоенози (Euglenozoa).

Фотосинтетичні бактерії:

Ціанобактерії

Ціанобактерії - це кисневі фотосинтетичні бактерії. Вони збирають сонячну енергію, поглинають діоксид вуглецю та виділяють кисень. Як рослини та водорості, ціанобактерії містять хлорофіл і перетворюють вуглекислий газ у глюкозу через фіксацію вуглецю. На відміну від еукаріотичних рослин та водоростей, ціанобактерії є прокаріотичними організмами. Їм не вистачає оточуваної мембрани ядра, хлоропластів та інших органел, виявлених у рослинах та клітинах водоростей. Замість цього ціанобактерії мають подвійну зовнішню клітинну мембрану та складені внутрішні тілакодні мембрани, які використовуються в фотосинтезі. Ціанобактерії також здатні фіксувати азот, процес перетворення атмосферного азоту в аміаку, нітрит і нітрат. Ці речовини поглинаються рослинами для синтезу біологічних сполук.

Ціанобактерії знаходяться в різних земних біомах і водних середовищах. Деякі з них вважаються кінцевими речовинами, тому що вони живуть у надзвичайно жорстких умовах, таких як гарячі джерела та водосховища. Ціанобактерії також існують як фітопланктон і можуть жити в інших організмах, таких як гриби (лишайники), найпростіші та рослини. Вони містять пігменти Ficherythrin і фікотин, який відповідає за їх синьо-зелений колір. Ці бактерії іноді помилково називаються синьо-зеленими водоростями, хоча вони не належать до них.

Аноксигенні бактерії

Аноксигенні фотосинтетичні бактерії - це фотоавтотрофи (синтезувати їжу, використовуючи сонячне світло), які не виробляють кисню. На відміну від ціанобактерій, рослин та водоростей, ці бактерії не використовують воду як донор електронів у електронному транспортному ланцюзі у виробництві АТФ. Замість цього вони використовують водень, сірководень або сірку як основні донори електронів. Аноксигенні бактерії також відрізняються від ціанобактерій, оскільки вони не мають хлорофілу, щоб поглинати світло. Вони містять бактеріохлорофіл, який здатний поглинати короткі хвилі світла, ніж хлорофіл. Таким чином, бактерії з бактеріохлорофілом зазвичай зустрічаються в глибоких водних зонах, де можуть проникнути коротші довжини хвиль світла.

Приклади аноксигенних фотосинтетичних бактерій включають фіолетові та зелені бактерії. Фіолетові бактеріальні клітини - різні форми (сферичний, стрижень, спіраль), і вони можуть бути рухомими або не рухатися. Фіолетові сірчані бактерії, як правило, знаходяться у водних середовищах та сірчаних джерелах, де присутній сірководень, а не присутній кисню. Фіолетові норлінські бактерії використовують сульфідні концентрації, ніж бактерії пурпурних сірчаків. Зелені бактеріальні клітини, як правило, мають сферичну або стрижневу форму, і переважно не рухоме. Зелені сірчані бактерії використовують сульфід або сірку для фотосинтезу і не можуть жити з киснем. Вони процвітають у водяних середовищах води, а іноді і утворюють зеленувато-коричневий колір у своїх місцях проживання.