Home ⇒ 👍Біологія ⇒ Перші і сучасні фотосинтезуючі організми

Перші і сучасні фотосинтезуючі організми

Деякі організми здатні захоплювати енергію сонячного світла і використовувати її для виробництва органічних сполук. Цей процес, відомий як фотосинтез, необхідний для підтримки життя, оскільки забезпечує енергію як для виробників, так і для споживачів. Фотосинтезуючі організми, також відомі як фотоавтотрофи, є організмами, здатними до процесу фотосинтезу, і включають вищі рослини, деякі Найпростіші (водорості і Евглена), а також бактерії.

При фотосинтезі світлова енергія перетворюється в хімічну енергію, яка зберігається у вигляді глюкози (цукру). Неорганічні сполуки (діоксид вуглецю, вода і сонячне світло) використовуються для виробництва глюкози, кисню і води. Фотосинтезуючі організми використовують вуглець для отримання органічних молекул (вуглеводів, ліпідів і білків), які необхідні для побудови біологічного маси.

Кисень, що утворюється у вигляді побічного продукту фотосинтезу, використовується багатьма організмами, включаючи рослини і тварин, для клітинного дихання. Більшість організмів покладаються на фотосинтез, прямо або побічно, для отримання поживних речовин. Гетеротрофні організми, такі як тварини, більшість бактерій і грибів, не здатні до фотосинтезу або продукування біологічних сполук з неорганічних джерел. Таким чином, вони повинні споживати фотосинтетические організми та інші автотрофи для отримання поживних речовин.

Перші фотосинтезуючі організми

Ми дуже мало знаємо про самих ранніх джерелах і організмах фотосинтезу. Були численні пропозиції щодо того, де і як виник цей процес, але немає прямих доказів для підтвердження будь-якого з можливих походжень. Є значні докази того, що перші фотосинтезуючі організми з’явилися на Землі приблизно від 3,2 до 3,5 млрд років тому у вигляді строматолітів, шаруватих структур, подібних формам, які утворюють деякі сучасні ціанобактерії. Існує також ізотопне доказ автотрофної фіксації вуглецю близько 3,7-3,8 мільярда років тому, хоча немає нічого, що вказувало б на те, що ці організми були фотосинтезуючими. Всі ці твердження про ранній фотосинтезі вельми суперечливі і викликали безліч суперечок в науковому співтоваристві.

Хоча вважається, що життя вперше з’явилася на Землі близько 3,5 мільярдів років тому, ймовірно, ранні організми метаболізованих кисень. Замість цього вони покладалися на мінерали, розчинені в гарячій воді навколо вулканічних жерл. Можливо, що ціанобактерії почали виробляти кисень як побічний продукт фотосинтезу. У міру зростання концентрації кисню в атмосфері, він почав отруювати багато інших форм раннього життя. Це призвело до еволюції нових організмів, які могли використовувати кисень в процесі, відомому як дихання.

Сучасні фотосинтезуючі організми

До основних організмам, які переробляють енергію сонця в органічні сполуки відносяться:

Рослини; Водорості (діатомові водорості, фітопланктон, зелені водорості); Евглена; Бактерії – ціанобактерії і аноксигенні фотосинтетичні бактерії.

Фотосинтез в рослинах

Фотосинтез рослин відбувається в спеціалізованих органелах рослинних клітин, які називаються хлоропластами. Хлоропласти зустрічаються в листі рослин і містять пігмент хлорофіл. Цей зелений пігмент поглинає світлову енергію, необхідну для процесу фотосинтезу. Хлоропласти містять внутрішню мембранну систему, що складається з структур, званих тилакоїди, які служать місцями перетворення енергії світла в хімічну енергію. Двоокис вуглецю перетворюється в вуглеводи в процесі, відомому як фіксація вуглецю або цикл Кальвіна. Вуглеводи можуть зберігається у вигляді крохмалю, використовуваного під час дихання або для виробництва целюлози. Кисень, який утворюється в процесі, виділяється в атмосферу через пори в листі рослин, звані устьіцами.

Рослини і цикл поживних речовин

Рослини відіграють важливу роль в циклі поживних речовин, зокрема, вуглецю і кисню. Водні і наземні рослини (квітучі рослини, мохи та папороті) допомагають регулювати вуглець в атмосфері, видаляючи вуглекислий газ з повітря. Рослини також важливі для виробництва кисню, який виділяється в повітря як цінний побічний продукт фотосинтезу.

Водорості і фотосинтез

Водорості є еукаріотичні організми, які мають характеристики як рослин, так і тварин. Як і тварини, водорості здатні харчуватися органічним матеріалом в навколишньому їхньому середовищі. Деякі водорості також містять органели і структури, виявлені в клітинах тварин, такі як джгутики і центриоли. Як і рослини, водорості містять фотосинтетичні органели, які називають хлоропластами. Хлоропласти містять хлорофіл – зелений пігмент, який поглинає світлову енергію для фотосинтезу. Водорості також мають інші фотосинтетичні пігменти, такі як каротиноїди і фікобіліни.

Водорості можуть бути одноклітинними або існувати у вигляді великих багатоклітинних організмів. Вони живуть в різних місцях проживання, включаючи солоні і прісні водні середовища, вологий грунт або породи. Фотосинтезирующие водорості, відомі як фітопланктон, зустрічаються як у морській, так і в прісноводної середовищі. Морський фітопланктон складається з діатомей і дінофлагелляти. Прісноводний фітопланктон включає зелені водорості і ціанобактерії. Фітопланктон плаває поблизу поверхні води, щоб отримати кращий доступ до сонячного світла, який необхідний для фотосинтезу. Фотосинтетичні водорості життєво важливі для глобального циклу речовин, таких як вуглець і кисень. Вони поглинають вуглекислий газ з атмосфери і генерують більше половини кисню на планетарному рівні.

Евглена

Евглена – одноклітинні Найпростіші, які були класифіковані за типом евгленовие (Euglenophyta) з водоростями через свою здатність до фотосинтезу. В даний час, вчені вважають, що вони не є водоростями, а придбали свої фотосинтетичні здатності через ендосімбіотіческіе відносини з зеленими водоростями. Таким чином, Евглена була поміщена в типологію Евгленові (Euglenozoa).

Фотосинтетичні бактерії:

Ціанобактерії

Ціанобактерії – це кисневі фотосинтетические бактерії. Вони збирають сонячну енергію, поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Як рослини і водорості, ціанобактерії містять хлорофіл і перетворюють вуглекислий газ в глюкозу через фіксацію вуглецю. На відміну від еукаріотичних рослин і водоростей, ціанобактерії є прокариотическими організмами. Їм не вистачає оточеного мембраною ядра, мітохондрій та інших органел, виявлених в клітинах рослин і водоростей. Замість цього ціанобактерії мають подвійну зовнішню клітинну мембрану і складені внутрішні тілакоідние мембрани, які використовуються при фотосинтезі. Ціанобактерії також здатні до фіксації азоту, процес перетворення атмосферного азоту в аміак, нітрит і нітрат. Ці речовини абсорбуються рослинами для синтезу біологічних сполук.

Ціанобактерії зустрічаються в різних наземних біомів і водних середовищах. Деякі з них вважаються Екстремофіли, тому що мешкають в надзвичайно суворих умовах, наприклад гарячі джерела і гіперсолених водойми. Ціанобактерії також існують як фітопланктон і можуть жити в інших організмах, таких як гриби (лишайники), найпростіші і рослини. Вони містять пігменти фікоеритрин і фикоцианин, які відповідають за їх синьо-зелений колір. Ці бактерії іноді помилково називають синьо-зеленими водоростями, хоча вони взагалі до них не належать.

Аноксигенні бактерії

Аноксигенні фотосинтетичні бактерії представляють собою фотоавтотрофи (синтезують їжу з використанням сонячного світла), що не продукують кисень. На відміну від ціанобактерій, рослин і водоростей, ці бактерії не використовують воду в якості донора електронів в транспортному ланцюгу електрона при виробництві АТФ. Замість цього вони використовують водень, сірководень або сірку в якості основних донорів електронів. Аноксигенні бактерії також відрізняються від ціанобактерій тим, що у них немає хлорофілу для поглинання світла. Вони містять бактеріохлорофіл, який здатний поглинати коротші хвилі світла, ніж хлорофіл. Таким чином, бактерії з бактеріохлорофіл, як правило, виявляються в глибоких водних зонах, куди можуть проникати коротші довжини хвиль світла.

Приклади аноксигенних фотосинтетичних бактерій включають пурпурні і зелені бактерії. Пурпурові бактеріальні клітини бувають різних форм (сферичні, стрижневі, спіральні), і вони можуть бути рухомими або не рухомий. Пурпурні сірчані бактерії зазвичай зустрічаються у водних середовищах і сірчаних джерелах, де присутній сірководень і відсутній кисень. Пурпурові несерние бактерії використовують більш низькі концентрації сульфіду, ніж пурпурні сірчані бактерії. Зелені бактеріальні клітини зазвичай мають сферичну або стержнеобразную форму, і в основному не рухомі. Зелені сірчані бактерії використовують сульфід або сірку для фотосинтезу і не можуть жити при наявності кисню. Вони процвітають в багатих сульфідами водних середовищах і іноді утворюють зеленуватий або коричневе забарвлення в своїх житлах.