Prvo i moderni fotosintelizirajući organizmi

Neki organizmi su u stanju da uhvate energiju sunčeve svjetlosti i koriste ga za proizvodnju organskih spojeva. Ovaj proces poznat kao fotosinteza potrebna je za održavanje života jer pruža energiju i za proizvođače i potrošače. Fotosintetički organizmi, poznat i kao fotoautotrofi, su organizmi sposobni za fotosintezu procesa i uključuju veće biljke, neke proteste (alge i eurlen), kao i bakterije.

Kada se fotosinteza, lagana energija pretvara u hemijsku energiju, koja se pohranjuje kao glukoza (šećer). Neorganski spojevi (ugljeni dioksid, voda i sunčeva svjetlost) koriste se za proizvodnju glukoze, kisika i vode. Fotosintetički organizmi koriste se ugljik za dobivanje organskih molekula (ugljikohidrata, lipidi i proteini), koji su neophodni za izgradnju biološke mase.

Kisik formiran u obliku fotosinteze nusproizvoda, koji koriste mnogi organizmi, uključujući biljke i životinje, za ćelijski disanje. Većina organizama oslanja se na fotosintezu, direktno ili indirektno, za hranjive sastojke. Heterotrofični organizmi, poput životinja, većine bakterija i gljiva nisu sposoban za fotosintezu ili proizvode biološke jedinjenje iz anorganskih izvora. Dakle, moraju konzumirati fotoyonetičke organizme i druge autotrope za hranjive tvari.

Prvi fotosintelizirajući organizmi

Vrlo malo znamo o najranijim izvorima i organizmima fotosinteze. Bilo je brojnih prijedloga na mjestu gdje i kako se pojavio ovaj proces, ali nema izravnih dokaza za potvrdu bilo kojeg mogućeg porijekla. Postoje impresivni dokazi da su se prvi fotosintetski organizmi pojavili na Zemlji od oko 3,2 do 3,5 milijardi godina u obliku stromatoliti, slojevitih struktura sličnih oblicima koji čine neke moderne cijanobakterije. Tu je i izotopni dokaz ugljičnog fiksacije ugljika prije oko 3,7-3,8 milijardi godina, iako ne postoji ništa što je ukazivalo da su ti organizamizioni fotosinteza. Sve ove izjave o ranoj fotosintezi su vrlo kontradiktorni i uzrokovali su mnogo sporova u naučnoj zajednici.

Iako se vjeruje da se život prvi put pojavio na Zemlji prije 3,5 milijardi godina, vjerovatno rani organizmi nisu metabolizirali kisik. Umjesto toga, oslanjali su se na minerale koji su otopili u toploj vodi oko vulkanskog Eroxa. Moguće je da je cijanobakteria počela proizvoditi kisik kao nusproizvod fotosinteze. Kako se koncentracija kisika povećava u atmosferi, počeo je otrovati mnoge druge oblike ranog života. To je dovelo do evolucije novih organizama koji bi mogli koristiti kisik u procesu poznatom kao disanje.

Moderni fotosinteliziranje organizma

Glavnim organizmima koji recikliraju energiju sunca u organskim spojevima uključuju:

• Biljke;
• Alge (diatoms alge, fitoplankton, zelene alge);
• Evglen;
• Bakterije - cijanobakteria i anoksigeničke fotosintetske bakterije.

Fotosinteza u biljkama

Fotosinteza biljaka javlja se u specijalizovanim organizovima biljnih ćelija, zvanih kloroplasti. Hloroplasti se nalaze u listovima biljaka i sadrže pigment hlorofila. Ovaj zeleni pigment apsorbira rasvjetnu energiju potrebnu za proces fotosinteze. Kloroplasti sadrže interni membranski sustav koji se sastoji od struktura koje se nazivaju tilakoidi, koji služe kao na mjestima u transformaciji svjetlosne energije u hemijsku energiju. Ugljični dioksid pretvara se u ugljikohidrate u procesu poznatom kao ugljični fiksacija ili Calvin ciklus. Ugljikohidrati se mogu čuvati kao škrob koji se koristi tijekom disanja ili za proizvodnju celuloze. Kiseonik koji se formira u procesu pušta se u atmosferu kroz pore u listovima biljaka, nazvan prašinom.

Biljke i ciklus hranjivih sastojaka

Biljke igraju važnu ulogu u ciklusu hranjivih sastojaka, posebno ugljika i kisika. Vodene i zemaljske biljke (cvjetne biljke, mahovine i paprati) pomažu u regulaciji ugljika u atmosferi, uklanjajući ugljični dioksid iz zraka. Biljke su važne i za proizvodnju kisika, koji se u zraku pušta kao vrijedan nusproizvod fotosinteze.

Alga i fotosinteza

Alge su eukariotski organizmi koji imaju karakteristike obje biljke i životinja. Poput životinja, alge se mogu hraniti organskim materijalom u svom okruženju. Neke alge sadrže i organele i strukture koje se nalaze u životinjskim ćelijama, poput flagela i centriolija. Poput biljaka, alge sadrže fotosintetičke organele, nazvane hloroplastima. Hloroplasti sadrže hlorofil - zeleni pigment koji apsorbuje svjetlosnu energiju za fotosintezu. Alge imaju i druge fotosintetičke pigmente, poput karotenoida i fikobilina.

Alge mogu biti jednoćelijske ili postoje u velikim višeiklelarnim organizmima. Žive u raznim staništima, uključujući i slane i svježe vodene medije, mokro tlo ili pasmine. Fotosintetičke alge, poznate kao fitoplankton, nalaze se i u moru i u slatkovodnom medijumu. Morski fitoplankton sastoji se od dijatoma i dinoflagela. Slatkovodni fitoplankton uključuje zelene alge i cijanobakteriju. Fitoplankton lebdi u blizini površine vode kako bi dobio najbolji pristup sunčevoj svjetlosti, što je potrebno za fotosintezu. Fotosintetičke alge su vitalne za globalni ciklus tvari, poput ugljika i kisika. Oni apsorbiraju ugljični dioksid iz atmosfere i stvaraju više od polovine kisika na planetarnom nivou.

Evglen

Evglen - jednoćelijski listovi koji su klasificirani po tipu Edglen (Euglenophyta) sa algi zbog njegove sposobnosti fotosintezu. Trenutno naučnici smatraju da nisu alge, već su stekli svoje fotosintetske sposobnosti kroz endosimbiotičke odnose sa zelenim algama. Tako je Evglen stavljen u tipologiju evglenosa (Euglenozoa).

Fotosintetske bakterije:

Cijanobakterija

Cijanobakteria je kisik fotosintetske bakterije. Prikupljaju solarnu energiju, apsorbiraju ugljični dioksid i izlučuju kisik. Kao biljke i alge, cijanobakteria sadrže hlorofil i pretvore ugljični dioksid u glukozu kroz učvršćivanje ugljika. Za razliku od eukariotskih biljaka i algi, cijanobakterije su prokarnotski organizmi. Nedostaje im okružena membrana jezgre, kloroplasta i drugih organela koji se nalaze u biljkama i stanicama algi. Umjesto toga, cijanobakteria imaju dvostruku vanjsku staničnu membranu i preklopljene unutarnje tylakoidne membrane, koje se koriste u fotosintezi. Cijanobakteria je također sposoban za učvršćivanje azota, proces pretvaranja atmosferskog dušika u amonijaku, nitritu i nitratu. Ove tvari apsorbiraju biljke za sintezu bioloških spojeva.

Cijanobakteria se nalaze u raznim zemaljskim biomevima i vodenim okruženjima. Neki od njih smatraju se ekspoliticima, jer žive u izuzetno oštrim uvjetima, poput vrućih izvora i hipervednih rezervoara. Cijanobakteria takođe postoje kao fitoplankton i može živjeti u drugim organizmima kao što su gljive (lišajevi), najjednostavniji i biljke. Sadrže ficherine pigmente i ficotin koji je odgovoran za njihovu plavo-zelenu boju. Ove bakterije ponekad pogrešno nazivaju plavezelene alge, iako im ne pripadaju njima.

Anoksigeničke bakterije

Anoksigeničke fotosintetske bakterije su fotoautotrofine (sintetizirajte hranu pomoću sunčeve svjetlosti) koji ne proizvode kisik. Za razliku od cijanobakterija, biljaka i alge, ove bakterije ne koriste vodu kao donator elektrona u elektronskim transportnim krugom u proizvodnji ATP-a. Umjesto toga, koriste vodonik, vodonik, vodonik ili sumpor kao glavne donatore elektrona. Anoksigeničke bakterije takođe se razlikuju od cijanobakterija u tome što nemaju hlorofil da apsorbiraju svetlost. Sadrže bakterioklorofil, koji je sposoban da apsorbiraju kraće valove svjetlosti od hlorofila. Stoga se bakterije sa bakterioklorofilom obično nalaze u dubokim zonama vode u kojima kraće talasne dužine svjetlosti može prodrijeti.

Primjeri anoksigenskih fotosintetskih bakterija uključuju ljubičaste i zelene bakterije. Ljubičaste bakterijske ćelije su različiti oblici (sferni, šipka, spirala), a mogu se pomicati ili ne biti pokretni. Ljubičaste bakterije sumpora obično se nalaze u vodenim medijima i sumpornim izvorima u kojima je prisutan vodonik i nijedan kiseonik nije prisutan. Ljubičasta norvesna bakterija koriste donje sulfidne koncentracije od bakterija magente sumporca. Zelene bakterijske ćelije obično imaju sferični oblik ili oblik šipke, a uglavnom ne pomični. Zelene sumporne bakterije koriste sulfid ili sumpor za fotosintezu i ne može živjeti sa kisikom. Procvjetaju u vodenim medijima bogatim vodama, a ponekad formiraju zelenkasto ili smeđe boje u svojim staništima.