Първите и модерни фотосинтетични организми

Някои организми са в състояние да уловят енергията на слънчевата светлина и да я използват за производство на органични съединения. Този процес, известен като фотосинтеза, е необходим за поддържане на живота, тъй като осигурява енергия както за производителите, така и за потребителите. Фотосинтетичните организми, известни още като фотоотрофи, са организми, способни на фотосинтеза и включват по -високи растения, някои чистачки (водорасли и eveglen), както и бактерии.

С фотосинтезата светлинната енергия се преобразува в химическа енергия, която се съхранява под формата на глюкоза (захар). Неорганичните съединения (въглероден диоксид, вода и слънчева светлина) се използват за получаване на глюкоза, кислород и вода. Фотосинтетичните организми използват въглерод, за да получат органични молекули (въглехидрати, липиди и протеини), които са необходими за изграждане на биологична маса.

Кислородът, образуван като чрез -продукт на фотосинтезата, се използва от много организми, включително растения и животни, за клетъчно дишане. Повечето организми разчитат на фотосинтезата, пряко или косвено, за да получат хранителни вещества. Хетеротрофните организми, като животни, повечето бактерии и гъбички, не са способни на фотосинтеза или произвеждат биологични съединения от неорганични източници. По този начин те трябва да консумират фотосинтетични организми и други автотрофи, за да получат хранителни вещества.

Първите фотосинтетични организми

Ние знаем много малко за най -ранните източници и организми на фотосинтезата. Имаше многобройни предложения относно това къде и как възникна този процес, но няма директни доказателства, които да потвърдят някой от възможните произход. Има впечатляващи доказателства, че първите фотосинтетични организми се появяват на Земята от преди около 3,2 до 3,5 милиарда години под формата на строматолити, слоести структури, подобни форми, които образуват някои съвременни цианобактерии. Съществуват и изотопни доказателства за въглероден автотрофна фиксация от преди около 3,7-3,8 милиарда години, въпреки че няма нищо, което да показва, че тези организми са били фотосинтетични. Всички тези твърдения за ранната фотосинтеза са много противоречиви и причиняват много спорове в научната общност.

Въпреки че се смята, че животът за пръв път се е появил на Земята преди около 3,5 милиарда години, вероятно ранните организми не са метаболизирали кислорода. Вместо това те разчитаха на минерали, разтворени в гореща вода около вулканичните отвори. Възможно е цианобактериите да започнат да произвеждат кислород като чрез -продукт на фотосинтезата. Тъй като концентрацията на кислорода в атмосферата нараства, той започна да отрови много други форми на ранен живот. Това доведе до еволюцията на новите организми, които биха могли да използват кислород в процес, известен като дишане.

Съвременни фотосинтетични организми

Основните организми, които обработват енергията на слънцето в органични съединения, включват:

• Растения;
• Водорасли (диатомични водорасли, фитопланктон, зелени водорасли);
• Euglen;
• Бактерии - цианобактерии и аноксигични фотосинтетични бактерии.

Фотосинтеза в растенията

Фотосинтезата на растенията се среща в специализирани органели на растителни клетки, наречени хлоропласти. Хлоропластите се намират в листата на растенията и съдържат пигмент хлорофил. Този зелен пигмент абсорбира светлинната енергия, необходима за процеса на фотосинтеза. Хлоропластите съдържат вътрешна мембранна система, състояща се от структури, наречени тилакоиди, които служат като места за преобразуване на енергията на светлината в химическа енергия. Въглеродният диоксид се превръща в въглехидрати в процес, известен като фиксиране на въглерод или цикъл на Калвин. Въглехидратите могат да се съхраняват под формата на нишесте, използвано по време на дишане или за производство на целулоза. Кислородът, който се образува в процеса, се отделя в атмосферата през порите в листата на растенията, наречен устата.

Растения и цикъл от хранителни вещества

Растенията играят важна роля в цикъла на хранителните вещества, по -специално, въглерод и кислород. Водните и наземните растения (цъфтящи растения, мъхове и папрати) помагат за регулиране на въглерода в атмосферата, отстраняване на въглеродния диоксид от въздуха. Растенията също са важни за производството на кислород, който се освобождава във въздуха като ценен чрез -продукт на фотосинтезата.

Водорасли и фотосинтеза

Водораслите са еукариотни организми, които имат характеристики както на растенията, така и на животните. Подобно на животните, водораслите са в състояние да ядат органичен материал в околната среда. Някои водорасли също съдържат органели и структури, открити в животински клетки, като флагла и центриоли. Подобно на растенията, водораслите съдържат фотосинтетични органели, наречени хлоропласти. Хлоропластите съдържат хлорофил - зелен пигмент, който абсорбира светлинна енергия за фотосинтеза. Водораслите имат и други фотосинтетични пигменти, като каротеноиди и фикобилини.

Водораслите могат да бъдат едноклетъчни или да съществуват под формата на големи многоклетъчни организми. Те живеят в различни местообитания, включително солени и свежи водни медии, влажна почва или породи. Фотосинтетичните водорасли, известни като фитопланктон, се намират както в морската, така и в сладководна среда. Морски фитопланктон се състои от Диатей и динофлагелати. Сладководни фитопланктон включва зелени водорасли и цианобактерии. Фитопланктон плува близо до повърхността на водата, за да се получи най -добрият достъп до слънчевата светлина, което е необходимо за фотосинтезата. Фотосинтетичните водорасли са жизненоважни за глобалния цикъл на вещества, като въглерод и кислород. Те абсорбират въглероден диоксид от атмосферата и генерират повече от половината от кислорода на планетарно ниво.

Euglen

Euglenophyta) с водорасли поради способността му да фотосинтеза. Понастоящем учените смятат, че те не са водорасли, но са придобили своите фотосинтетични способности чрез ендосимбиотични отношения със зелени водорасли. Така Euglen е поставен в типологията на Euglenosa (Euglenozoa).

Фотосинтетични бактерии:

Цианобактерии

Цианобактериите са кислородни фотосинтетични бактерии. Те събират слънчева енергия, абсорбират въглероден диоксид и освобождават кислород. Като растения и водорасли цианобактериите съдържат хлорофил и превръщат въглероден диоксид в глюкоза чрез фиксиране на въглерод. За разлика от еукариотните растения и водорасли, цианобактериите са прокариотни организми. Липсва им ядро, заобиколено от мембрана, хлоропласти и други органели, намиращи се в клетките на растенията и водораслите. Вместо това цианобактериите имат двойна външна клетъчна мембрана и сгънати вътрешни тилакоидни мембрани, които се използват за фотосинтеза. . Тези вещества се абсорбират от растения за синтеза на биологични съединения.

Цианобактериите се намират в различни наземни биоми и водни среди. Някои от тях се считат за екстремофили, защото живеят в изключително тежки условия, като горещи извори и хиперсалентни езера. Цианобактериите също съществуват като фитопланктон и могат да живеят в други организми като гъби (лишеи), протозои и растения. Те съдържат пигменти от фикоеритрин и фикоцианин, които са отговорни за техния синьо-зелен цвят. Тези бактерии понякога погрешно се наричат ​​синьо-зелени водорасли, въпреки че изобщо не им принадлежат.

Аноксигични бактерии

Аноксигенни фотосинтетични бактерии са фототрофи за снимки (синтезират храна с помощта на слънчева светлина), които не произвеждат кислород. За разлика от цианобактериите, растенията и водораслите, тези бактерии не използват вода като донор на електрон в електронната транспортна верига при производството на АТФ. Вместо това те използват водород, сероводород или сяра като основни донори на електрон. Аноксигичните бактерии също се различават от цианобактериите по това, че нямат хлорофил да абсорбира светлина. Те съдържат бактериохлорофил, който е в състояние да абсорбира по -къси вълни от светлина от хлорофила. По този начин, бактериите с бактериохлорофил, като правило, се намират в дълбоки водни зони, където по -късите дължини на вълната могат да проникнат.

Примери за аноксигенни фотосинтетични бактерии включват лилави и зелени бактерии. Лилавите бактериални клетки са с различни форми (сферични, ядро, спирала) и те могат да бъдат мобилни или не мобилни. Лилавите серни бактерии обикновено се намират във водни среди и серни пружини, където има сероводород и няма кислород. Лилавите бактерии без значение използват по -ниски концентрации на сулфид от лилавите серни бактерии. Зелените бактериални клетки обикновено имат сферична или основна форма и по принцип не са мобилни. Зелената сярна бактерии използват сулфид или сяра за фотосинтеза и не могат да живеят в присъствието на кислород. Те процъфтяват във водни среди, богати на сулфиди и понякога образуват зеленикав или кафяв цвят в техните местообитания.