Вы, вероятно, недостаточно цените растения. Это нормально - никто из нас не знает. Учитывая , что растения были основным игроком в свернутой мыльной опере жизни, загнали нас на этой планете, мы должны поблагодарить наши друг лиственных каждый день для нашего существования.
Честно говоря, вся история настолько запутана и сложна, что мы, возможно, никогда не узнаем правду о том, как наши зеленые предки позволили всем остальным развиваться, но один аспект этой истории, безусловно, связан с фотосинтезом - способностью растения производить себе пищу из солнечного света.
Фотосинтез: ключ к жизни
«Отличный способ оценить фотосинтез - это сравнить атмосферу Земли с атмосферой наших« сестринских »планет», - говорит Грегори Шмидт, почетный профессор кафедры биологии растений Университета Джорджии. «Все три планеты, скорее всего, были похожи, когда образовались и остыли, но атмосферы Венеры и Марса содержат 95 процентов углекислого газа (CO2), 2,7 процента азота (N2) и 0,13 процента кислорода (O2). Земной воздух составляет 77 процентов. N2, 21 процент O2 и 0,41 процента CO2 - хотя это число растет. Это означает, что в нашей атмосфере содержится 800 гигатонн углекислого газа, но есть еще 10 000 гигатонн, или 10 000 000 000 тонн, которые отсутствуют или погребены в виде ископаемого известняка, угля. и масло ".
Другими словами, углерод незаконно вывозился из атмосферы в земную кору в течение миллиардов лет, и это единственная причина, по которой эта планета вообще пригодна для проживания многоклеточных организмов.
«Итак, как этот резкий атмосферный сдвиг произошел для Земли?» - спрашивает Шмидт. «Есть только один ответ, и он довольно простой: фотосинтез, самый удивительный фактор в эволюции Земли».
Зеленая революция
ФОТОСИНТЕЗ, друзья. Примерно через миллиард лет после образования Земли появилась жизнь - вероятно, сначала в виде каких-то анаэробных бактерий, поглощающих серу и водород, выходящие из гидротермальных источников. Теперь у нас есть жирафы. Но между первыми бактериями и жирафами было 10 000 гигатонн ступеней: этим древним бактериям нужно было найти способ найти новые гидротермальные источники, что привело к развитию термочувствительного пигмента, называемого бактериохлорофиллом , который некоторые бактерии до сих пор используют. Используйте для обнаружения инфракрасного сигнала, генерируемого теплом. Эти бактерии были прародителями потомков, которые могли производить хлорофилл - пигмент, способный улавливать более короткие и более энергичные световые волны от солнца и использовать их в качестве источника энергии.
Итак, по сути, эти бактерии создали средство для улавливания энергии солнечного света. Следующий эволюционный скачок потребовал разработки средств стабильного хранения энергии - создания своего рода солнечной батареи, которая побуждала протоны накапливаться на одной стороне их внутренних мембран, а не на другой.
Горящая вода (Фотосистема II)
Истинное чудо эволюции растений и водорослей заключается в том, что в какой-то момент эти древние бактерии, продуцирующие хлорофилл, начали вырабатывать кислород. В конце концов, миллиарды лет назад в атмосфере было очень мало кислорода, и он был токсичен для многих ранних бактерий (он все еще токсичен для анаэробных бактерий, которые остаются в бескислородных местах на Земле). Однако новый процесс улавливания и хранения солнечного света потребовал, чтобы участвующие бактерии сжигали воду . Да, они сожгли то, что пожарные используют для тушения пожаров.
Процесс горения - это просто окисление - отрыв электронов от одного атома и передача этих электронов другому (что называется восстановлением). Ранние фотосинтезирующие бактерии разработали способ захватывать фотоны - в основном частицы света - и использовать их энергию, чтобы лишить воду многих ее протонов и электронов, чтобы использовать их для производства энергии.
«Прорыв» произошел 3 миллиарда лет назад, когда фотосинтетический аппарат был усовершенствован до такой степени, что хлорофилл мог одновременно расщеплять две молекулы воды - в наши дни мы называем это « хлорофилло-белковым кластером Фотосистемы II ».
Зеленые батареи (Фотосистема I)
Цианобактерии эволюционировали, когда эти фотосинтезирующие бактерии выяснили, как сжигать воду и накапливать энергию этой химической реакции. В фотосинтезе Фотосистема II (сжигание воды) не может поддерживаться без второй стадии, Фотосистемы I , которая включает в себя снятие электронов, оторванных от молекул воды на первом шаге, и использование их до того, как они распадутся. Фотосистема I делает это, прикрепляя эти электроны к химическому конвейеру, чтобы организм мог сохранить эту с трудом заработанную энергию, которая затем используется для преобразования CO2 в сахар, который бактерии используют в пищу.
Рассвет хлоропластов
Как только Фотосистемы I и II были разобраны, цианобактерии захватили океаны, и, поскольку кислород был их отходом, его стало много в атмосфере Земли. В результате многие бактерии стали аэробными, то есть им требовался (или, по крайней мере, переносился) кислород для своих метаболических процессов. Примерно миллиард лет спустя простейшие эволюционировали как анаэробы (организм, который не нуждается в кислороде для роста), скребя добычу аэробных бактерий. По крайней мере, однажды бактерии не были полностью переварены, но остались в клетке и в конечном итоге помогли непереносимым кислородом анаэробным организмам справиться с аэробной средой. Эти два организма слиплись, и в конечном итоге организм-жертва превратился в клеточную органеллу, называемую митохондриями .
Похожий сценарий произошел с цианобактериями около 1 миллиарда лет назад. В этом случае аэробные простейшие, вероятно, поглотили цианобактерию, которая в конечном итоге обосновалась внутри своего хозяина, в результате чего образовалась небольшая мембраносвязанная органелла, общая для всех растений: хлоропласты .
По мере того, как водоросли и многоклеточные растения эволюционировали и извлекали выгоду из обилия CO2 и увеличения содержания кислорода в атмосфере Земли, хлоропласты стали местом, где фотосинтез - Фотосистема I, II и даже более сложные вещи - замедлялся в каждой клетке. Как и митохондрии, у них есть собственная ДНК, и они проводят время, усердно собирая свет для растений, создавая всю основу для жизни на Земле.
Вот это интересно
Первый ледниковый период Земли, вероятно, был результатом того, что цианобактерии вырабатывали столько кислорода и поглощали столько углерода в атмосфере, что температура резко упала.
