Prawdopodobnie nie doceniasz roślin wystarczająco. W porządku - nikt z nas tego nie robi. Biorąc pod uwagę, że rośliny zostały ważnym graczem w pokrętny telenoweli życia, z którego wyładowano nas na tej planecie, powinniśmy dziękować naszych zielonych przyjaciół codziennie dla naszej egzystencji.
Szczerze mówiąc, cała historia jest tak zagmatwana i skomplikowana, że możemy nigdy nie poznać prawdy o tym, jak nasi zieloni przodkowie pozwolili ewoluować wszystkim innym, ale jeden aspekt tej historii z pewnością dotyczy fotosyntezy - zdolności rośliny do samodzielnego wytwarzania pożywienia ze światła słonecznego.
Fotosynteza: klucz do życia
„Świetnym sposobem na docenienie fotosyntezy jest porównanie atmosfery ziemskiej z atmosferą naszych„ siostrzanych ”planet” - mówi Gregory Schmidt, emerytowany profesor na Wydziale Biologii Roślin Uniwersytetu w Georgii. „Wszystkie trzy planety były najprawdopodobniej podobne, gdy się formowały i ochładzały, ale atmosfery zarówno Wenus, jak i Marsa zawierają 95% dwutlenku węgla (CO2), 2,7% azotu (N2) i 0,13% tlenu (O2). Powietrze na Ziemi składa się z 77% N2, 21% O2 i 0,41% CO2 - chociaż ta liczba rośnie. Oznacza to, że w naszej atmosferze jest 800 gigaton dwutlenku węgla, ale brakuje kolejnych 10 000 gigaton - 10 000 000 000 ton - lub są one zakopane w postaci kopalnego kamienia wapiennego, węgla i olej ”.
Innymi słowy, węgiel był przemycany z atmosfery do skorupy ziemskiej od miliardów lat, co jest jedynym powodem, dla którego ta planeta jest w ogóle zdatna do zamieszkania przez wielokolorowe organizmy.
„Jak więc doszło do tego dramatycznego przesunięcia atmosferycznego na Ziemi?” - pyta Schmidt. „Jest tylko jedna odpowiedź i jest całkiem prosta: fotosynteza, najbardziej niesamowity czynnik w ewolucji Ziemi”.
Zielona rewolucja
PHOTOSYNTHESIS, przyjaciele. Około miliarda lat po powstaniu Ziemi pojawiło się życie - prawdopodobnie najpierw jako bakterie beztlenowe, wysysające siarkę i wodór, które wydobywały się z kominów hydrotermalnych. Teraz mamy żyrafy. Ale na drodze między pierwszymi bakteriami a żyrafami było 10000 gigaton kroków: te starożytne bakterie musiały znaleźć sposób na znalezienie nowych otworów hydrotermalnych, co doprowadziło do powstania pigmentu termoczułego zwanego bakteriochlorofilem , który niektóre bakterie nadal służy do wykrywania sygnału podczerwieni generowanego przez ciepło. Bakterie te były przodkami potomków, którzy mogli wytwarzać chlorofil , pigment, który był w stanie wychwytywać krótsze, bardziej energetyczne długości fal światła słonecznego i wykorzystywać je jako źródło energii.
Tak więc w istocie te bakterie stworzyły sposób na przechwytywanie energii światła słonecznego. Następny krok ewolucyjny wymagał wypracowania sposobu na stabilne magazynowanie energii - stworzenia pewnego rodzaju baterii słonecznej, która zachęcałaby protony do gromadzenia się po jednej stronie ich wewnętrznych membran, w przeciwieństwie do drugiej.
Płonąca woda (fotosystem II)
Prawdziwym cudem ewolucji roślin i alg jest fakt, że w pewnym momencie te starożytne bakterie produkujące chlorofil zaczęły wytwarzać tlen. W końcu miliardy lat temu w atmosferze było naprawdę bardzo mało tlenu i był on toksyczny dla wielu wczesnych bakterii (nadal jest toksyczny dla bakterii beztlenowych, które pozostają w miejscach beztlenowych na Ziemi). Jednak nowy proces wychwytywania i przechowywania światła słonecznego wymagał od uczestniczących bakterii spalania wody . Tak, spalili to, czego strażacy używają do gaszenia pożarów.
Proces spalania to po prostu utlenianie - odrywanie elektronów z jednego atomu i przenoszenie tych elektronów na inny (co nazywa się redukcją). Wczesne bakterie fotosyntetyczne opracowały sposób na wychwytywanie fotonów - w zasadzie cząstek światła - i wykorzystywanie ich energii do usuwania wielu protonów i elektronów z wody w celu wykorzystania ich do produkcji energii.
Przełom przełomów wydarzył się 3 miliardy lat temu, kiedy maszyneria fotosyntetyczna została udoskonalona do tego stopnia, że chlorofil mógł rozszczepić dwie cząsteczki wody w tym samym czasie - obecnie nazywamy to „ klastrem chlorofilowo-białkowym Fotosystemu II ”.
Zielone baterie (fotosystem I)
Sinice wyewoluowały, gdy te bakterie fotosyntetyzujące zorientowały się, jak spalać wodę i magazynować energię z tej reakcji chemicznej. W fotosyntezie, fotosystem II (spalanie wody) nie może być tak naprawdę utrzymany bez drugiego etapu, fotosystemu I , który polega na pobraniu elektronów zrzuconych z cząsteczek wody w pierwszym etapie i wykorzystaniu ich, zanim ulegną rozpadowi. Fotosystem I robi to, przyklejając te elektrony do chemicznej linii montażowej, aby organizm był w stanie zatrzymać tę ciężko zdobytą energię, która jest następnie wykorzystywana do przekształcania CO2 w cukier, który bakterie mogą wykorzystać jako pożywienie.
Świt chloroplastów
Po uporządkowaniu fotosystemów I i II cyjanobakterie opanowały oceany, a ponieważ tlen był ich produktem odpadowym, w ziemskiej atmosferze było go obficie. W rezultacie wiele bakterii stało się tlenowych - to znaczy potrzebowały (lub przynajmniej tolerowały) tlenu do swoich procesów metabolicznych. Około miliarda lat później pierwotniaki ewoluowały jako beztlenowce (organizm, który nie potrzebuje tlenu do wzrostu), usuwając tlenową zdobycz bakteryjną. Przynajmniej raz bakterie nie zostały całkowicie strawione, ale pozostały w komórce i ostatecznie pomagały organizmowi beztlenowemu z nietolerancją tlenu w radzeniu sobie ze środowiskiem tlenowym. Te dwa organizmy skleiły się razem i ostatecznie organizm będący ofiarą wyewoluował w organellę komórkową zwaną mitochondriami .
Podobny scenariusz miał miejsce w przypadku cyjanobakterii około 1 miliarda lat temu. W tym przypadku tlenowy pierwotniak prawdopodobnie pożarł cyjanobakterię, która ostatecznie założyła sklep w swoim żywicielu, w wyniku czego powstała mała, otoczona błoną organella, wspólna dla wszystkich roślin: chloroplasty .
Gdy algi i rośliny wielokomórkowe ewoluowały i korzystały z obfitego CO2 i rosnącego tlenu w ziemskiej atmosferze, chloroplasty stały się miejscem, w którym fotosynteza - fotosystem I, II i nawet bardziej skomplikowane rzeczy - zaszła w każdej komórce. Podobnie jak mitochondria, mają własne DNA i spędzają czas pracowicie zbierając światło dla rośliny, tworząc całą podstawę życia na Ziemi.
Teraz to jest interesujące
Pierwsza epoka lodowcowa na Ziemi była prawdopodobnie wynikiem wytworzenia przez cyjanobakterie tak dużej ilości tlenu i pochłaniania tak dużej ilości węgla w atmosferze, że temperatura gwałtownie spadła.
