Фотоавтотрофизм
Фотоавтотрофы — это организмы , которые могут использовать световую энергию солнечного света и элементы (такие как углерод ) из неорганических соединений для производства органических материалов, необходимых для поддержания собственного метаболизма (т. е. автотрофии ). Такая биологическая деятельность известна как фотосинтез , и примеры таких организмов включают растения , водоросли и цианобактерии .
Эукариотические фотоавтотрофы поглощают фотонную энергию посредством фотопигмента хлорофилла ( порфирина производного ) в своих эндосимбионтных хлоропластах , в то время как прокариотические фотоавтотрофы используют хлорофиллы и бактериохлорофиллы, присутствующие в свободно плавающих цитоплазматических тилакоидах или, в редких случаях, мембраносвязанных производных сетчатки, таких как бактериородопсин . Подавляющее большинство известных фотоавтотрофов осуществляют фотосинтез, который производит кислород в качестве побочного продукта , в то время как небольшое меньшинство (например, галоархеи и сероредуцирующие бактерии ) осуществляет аноксигенный фотосинтез .
Происхождение и великое событие окисления
[ редактировать ]Химические и геологические данные указывают на то, что фотосинтезирующие цианобактерии существовали около 2,6 миллиардов лет назад, а аноксигенный фотосинтез имел место за миллиард лет до этого. [1] Кислородный фотосинтез был основным источником свободного кислорода и привел к Великому событию окисления примерно 2,4–2,1 миллиарда лет назад на границе неоархея и палеопротерозоя . [2] Хотя конец Великого окисления ознаменовался значительным снижением валовой первичной продуктивности , которое затмило события вымирания, [3] развитие аэробного дыхания позволило обеспечить более энергичный метаболизм органических молекул, что привело к , а также позволило симбиогенезу и эволюции эукариот разнообразить сложную жизнь на Земле.
Прокариотические фотоавтотрофы
[ редактировать ]К прокариотическим фотоавтотрофам относятся Cyanobacteria , Pseudomonadota , Chloroflexota , Acidobacteriota , Chlorobiota , Bacillota , Gemmatimonadota и Eremiobacterota. [4]
Цианобактерии — единственная группа прокариот, осуществляющая оксигенный фотосинтез . Аноксигенные фотосинтезирующие бактерии используют PSI- и PSII -подобные фотосистемы , которые представляют собой пигментно-белковые комплексы для улавливания света. [5] Обе эти фотосистемы используют бактериохлорофилл . Существует множество гипотез о том, как развился кислородный фотосинтез. Гипотеза потери утверждает, что PSI и PSII присутствовали в аноксигенных предках цианобактерий, от которых произошли различные ветви аноксигенных бактерий. [5] Гипотеза слияния утверждает, что фотосистемы слились позже посредством горизонтального переноса генов . [5] Самая последняя гипотеза предполагает, что PSI и PSII произошли от неизвестного общего предка с белковым комплексом, кодируемым одним геном. Эти фотосистемы затем специализировались на те, которые встречаются сегодня. [4]
Эукариотические фотоавтотрофы
[ редактировать ]К эукариотическим фотоавтотрофам относятся красные водоросли , гаптофиты , страменопилы , криптофиты , хлорофиты и наземные растения . [6] Эти организмы осуществляют фотосинтез посредством органелл, называемых хлоропластами, и, как полагают, возникли около 2 миллиардов лет назад. [1] Сравнение генов хлоропластов и цианобактерий убедительно свидетельствует о том, что хлоропласты возникли в результате эндосимбиоза с цианобактериями , которые постепенно утратили гены, необходимые для свободного существования. Однако трудно определить, произошли ли все хлоропласты в результате одного первичного эндосимбиотического события или нескольких независимых событий. [1] Некоторые брахиоподы ( Gigantoproductus ) и двустворчатые моллюски ( Tridacna ) также развили фотоавтотрофию. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Олсон, Джон М.; Бланкеншип, Роберт Э. (2004). «Размышления об эволюции фотосинтеза» . Исследования фотосинтеза . 80 (1–3): 373–386. дои : 10.1023/B:PRES.0000030457.06495.83 . ISSN 0166-8595 . ПМИД 16328834 . S2CID 1720483 .
- ^ Ходжскисс, Малкольм С.В.; Крокфорд, Питер В.; Пэн, Юнбо; Винг, Босуэлл А.; Хорнер, Тристан Дж. (27 августа 2019 г.). «Падение производительности положит конец Великому окислению Земли» . Труды Национальной академии наук . 116 (35): 17207–17212. Бибкод : 2019PNAS..11617207H . дои : 10.1073/pnas.1900325116 . ISSN 0027-8424 . ПМК 6717284 . ПМИД 31405980 .
- ^ Лайонс, Тимоти В.; Рейнхард, Кристофер Т.; Планавский, Ной Дж. (февраль 2014 г.). «Повышение содержания кислорода в раннем океане и атмосфере Земли» . Природа . 506 (7488): 307–315. Бибкод : 2014Natur.506..307L . дои : 10.1038/nature13068 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 24553238 . S2CID 4443958 .
- ^ Jump up to: а б Санчес-Баракальдо, Патрисия; Кардона, Танаи (февраль 2020 г.). «О происхождении оксигенного фотосинтеза и цианобактерий» . Новый фитолог . 225 (4): 1440–1446. дои : 10.1111/nph.16249 . hdl : 10044/1/74260 . ISSN 0028-646X . ПМИД 31598981 .
- ^ Jump up to: а б с Бьёрн, Ларс (июнь 2009 г.). «Эволюция фотосинтеза и хлоропластов» . Современная наука . 96 (11): 1466–1474.
- ^ Юн, Хван Су; Хакетт, Джеремия Д.; Чинилья, Клаудия; Пинто, Габриэле; Бхаттачарья, Дебашиш (май 2004 г.). «Молекулярная хронология происхождения фотосинтезирующих эукариот» . Молекулярная биология и эволюция . 21 (5): 809–818. дои : 10.1093/molbev/msh075 . ISSN 1537-1719 . ПМИД 14963099 .
- ^ Джордж Р. МакГи-младший (2019). Конвергентная эволюция на Земле. Уроки поиска внеземной жизни . МТИ Пресс. п. 47. ИСБН 9780262354189 . Проверено 23 августа 2022 г.