Sie schätzen Pflanzen wahrscheinlich nicht genug. Es ist in Ordnung - keiner von uns tut es. Angesichts der Tatsache, dass Pflanzen der Hauptakteur in der verschlungenen Seifenoper des Lebens waren, die uns auf diesem Planeten landete, sollten wir unseren grünen Freunden jeden Tag für unsere Existenz danken.
Ehrlich gesagt ist die ganze Geschichte so verworren und kompliziert, dass wir vielleicht nie die Wahrheit darüber erfahren, wie unsere grünen Vorfahren es allen anderen ermöglicht haben, sich zu entwickeln, aber ein Aspekt der Geschichte beinhaltet sicherlich die Photosynthese - die Fähigkeit einer Pflanze , aus Sonnenlicht ihre eigene Nahrung herzustellen .
Photosynthese: Der Schlüssel zum Leben
"Eine gute Möglichkeit, die Photosynthese zu schätzen, besteht darin, die Erdatmosphäre mit der unserer 'Schwester'-Planeten zu vergleichen", sagt Gregory Schmidt, emeritierter Professor am Department of Plant Biology der University of Georgia. "Alle drei Planeten waren höchstwahrscheinlich ähnlich, als sie sich bildeten und abkühlten, aber die Atmosphären von Venus und Mars haben 95 Prozent Kohlendioxid (CO2), 2,7 Prozent Stickstoff (N2) und 0,13 Prozent Sauerstoff (O2). Die Luft der Erde beträgt 77 Prozent N2, 21 Prozent O2 und 0,41 Prozent CO2 - obwohl diese Zahl steigt. Das bedeutet, dass in unserer Atmosphäre 800 Gigatonnen Kohlendioxid vorhanden sind, aber weitere 10.000 Gigatonnen - 10.000.000.000 Tonnen - fehlen oder in Form von fossilem Kalkstein, Kohle, begraben sind und Öl. "
Mit anderen Worten, Kohlenstoff wird seit Milliarden von Jahren aus der Atmosphäre in die Erdkruste geschmuggelt. Dies ist der einzige Grund, warum dieser Planet überhaupt von mehrzelligen Organismen bewohnbar ist.
"Also, wie kam es zu dieser dramatischen atmosphärischen Verschiebung für die Erde?" fragt Schmidt. "Es gibt nur eine Antwort, und es ist ziemlich einfach: Photosynthese, der erstaunlichste Faktor in der Entwicklung der Erde."
Eine grüne Revolution
FOTOSYNTHESE, Freunde. Ungefähr eine Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde zeigte sich Leben - wahrscheinlich zuerst als anaerobe Bakterien, die den Schwefel und Wasserstoff schlürften, die aus hydrothermalen Quellen kamen. Jetzt haben wir Giraffen. Auf dem Weg zwischen den ersten Bakterien und Giraffen befanden sich jedoch 10.000 Gigatonnen Stufen: Diese alten Bakterien mussten ein Mittel finden, um neue hydrothermale Entlüftungsöffnungen zu finden, was zur Entwicklung eines thermisch sensorischen Pigments namens Bakteriochlorophyll führte , das einige Bakterien noch haben Verwenden Sie diese Option, um das durch Wärme erzeugte Infrarotsignal zu erfassen. Diese Bakterien waren die Vorfahren von Nachkommen, die Chlorophyll herstellen konnten , ein Pigment, das kürzere, energiereichere Lichtwellenlängen von der Sonne einfangen und als Energiequelle nutzen konnte.
Im Wesentlichen haben diese Bakterien ein Mittel geschaffen, um die Energie des Sonnenlichts einzufangen. Der nächste Evolutionssprung erforderte die Erarbeitung eines stabilen Energiespeichers - eine Art Sonnenlichtbatterie, die Protonen dazu anregte, sich auf einer Seite ihrer inneren Membranen gegenüber der anderen anzusammeln.
Brennendes Wasser (Photosystem II)
Das wahre Wunder der Pflanzen- und Algenentwicklung ist die Tatsache, dass diese alten Chlorophyll-produzierenden Bakterien irgendwann anfingen, Sauerstoff zu erzeugen. Immerhin gab es vor Milliarden von Jahren tatsächlich sehr wenig Sauerstoff in der Atmosphäre und es war giftig für viele frühe Bakterien (es ist immer noch giftig für anaerobe Bakterien, die an den sauerstofffreien Orten auf der Erde verbleiben). Für das neue Verfahren zum Einfangen und Speichern von Sonnenlicht mussten die beteiligten Bakterien jedoch Wasser verbrennen . Ja, sie haben das Zeug verbrannt, mit dem Feuerwehrleute Feuer löschen.
Der Prozess des Brennens ist nur Oxidation - das Abreißen von Elektronen von einem Atom und die Übertragung dieser Elektronen auf ein anderes (was als Reduktion bezeichnet wird). Frühe photosynthetische Bakterien entwickelten einen Weg, Photonen - im Grunde Lichtteilchen - einzufangen und ihre Energie zu nutzen, um vielen ihrer Protonen und Elektronen Wasser für die Energieerzeugung zu entziehen.
Der Durchbruch der Durchbrüche geschah vor 3 Milliarden Jahren, als die Photosynthesemaschinerie so perfektioniert wurde, dass Chlorophyll zwei Wassermoleküle gleichzeitig spalten konnte - heutzutage nennen wir dies einen " Photosystem II- Chlorophyll-Protein-Cluster".
Grüne Batterien (Photosystem I)
Cyanobakterien entwickelten sich, als diese photosynthetischen Bakterien herausfanden, wie man Wasser verbrennt und die Energie dieser chemischen Reaktion speichert. Bei der Photosynthese kann das Photosystem II (Wasserverbrennung) ohne die zweite Stufe, das Photosystem I , nicht wirklich aufrechterhalten werden. Dabei werden die im ersten Schritt von den Wassermolekülen gewischten Elektronen entnommen und genutzt, bevor sie zerfallen. Photosystem I tut dies, indem es diese Elektronen an eine chemische Montagelinie klebt, damit der Organismus diese hart verdiente Energie behalten kann, die dann verwendet wird, um CO2 in Zucker umzuwandeln, damit die Bakterien es als Nahrung verwenden können.
Die Morgendämmerung der Chloroplasten
Nachdem die Photosysteme I und II aussortiert waren, übernahmen Cyanobakterien die Ozeane, und da Sauerstoff ihr Abfallprodukt war, wurde er in der Erdatmosphäre reichlich vorhanden. Infolgedessen wurden viele Bakterien aerob - das heißt, sie benötigten (oder tolerierten zumindest) Sauerstoff für ihre Stoffwechselprozesse. Ungefähr eine Milliarde Jahre später entwickelten sich Protozoen als Anaerobier (ein Organismus, der für das Wachstum keinen Sauerstoff benötigt), der aerobe Bakterienbeute abschält. Mindestens einmal wurden die Bakterien nicht vollständig verdaut, sondern blieben in der Zelle und halfen dem sauerstoffunverträglichen anaeroben Organismus, mit der aeroben Umgebung umzugehen. Diese beiden Organismen klebten zusammen und schließlich entwickelte sich der Beuteorganismus zu einer Zellorganelle namens Mitochondrien .
Ein ähnliches Szenario trat vor etwa 1 Milliarde Jahren bei Cyanobakterien auf. In diesem Fall verschlang ein aerobes Protozoon wahrscheinlich ein Cyanobakterium, das sich in seinem Wirt niederließ, was zu einer kleinen, membrangebundenen Organelle führte, die allen Pflanzen gemeinsam ist: den Chloroplasten .
Als sich Algen und mehrzellige Pflanzen entwickelten und von reichlich CO2 und zunehmendem Sauerstoffgehalt in der Erdatmosphäre profitierten, wurden Chloroplasten zu dem Ort, an dem die Photosynthese - Photosystem I, II und noch komplizierteres Material - in jeder Zelle abfiel. Genau wie Mitochondrien haben sie ihre eigene DNA und verbringen ihre Zeit damit, fleißig Licht für die Pflanze zu ernten, wodurch die gesamte Grundlage für das Leben auf der Erde geschaffen wird.
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Die erste Eiszeit der Erde war wahrscheinlich das Ergebnis von Cyanobakterien, die so viel Sauerstoff produzierten und so viel Kohlenstoff in der Atmosphäre verschlang, dass die Temperaturen sanken.
