stringtranslate.com

Фотоавтотроф

Колонна Виноградского, на которой фотоавтотрофы показаны фиолетовым и зеленым цветом

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 их собственного метаболизма (т. е. автотрофия ). Такая биологическая активность известна как фотосинтез , и примерами таких организмов являются растения , водоросли и цианобактерии .

Эукариотические фотоавтотрофы поглощают фотонную энергию через фотопигмент хлорофилл ( производное порфирина ) в их эндосимбионтных хлоропластах , в то время как прокариотические фотоавтотрофы используют хлорофиллы и бактериохлорофиллы, присутствующие в свободно плавающих цитоплазматических тилакоидах или, в редких случаях, связанные с мембраной производные ретиналя, такие как бактериородопсин . Подавляющее большинство известных фотоавтотрофов осуществляют фотосинтез, который производит кислород в качестве побочного продукта , в то время как небольшое меньшинство (например, галоархеи и серовосстанавливающие бактерии ) осуществляют аноксигенный фотосинтез .

Происхождение и Великое Окислительное Событие

Химические и геологические данные указывают на то, что фотосинтетические цианобактерии существовали около 2,6 млрд лет назад, а аноксигенный фотосинтез имел место еще за миллиард лет до этого. [1] Оксигенный фотосинтез был основным источником свободного кислорода и привел к Великому окислительному событию примерно 2,4–2,1 млрд лет назад на границе неоархея и палеопротерозоя . [2] Хотя конец Великого окислительного события был отмечен значительным снижением общей первичной продуктивности , которое затмило события вымирания, [3] развитие аэробного дыхания обеспечило более энергичный метаболизм органических молекул, что привело к симбиогенезу и эволюции эукариот , а также позволило разнообразить сложную жизнь на Земле.

Прокариотические фотоавтотрофы

Прокариотические фотоавтотрофы включают Cyanobacteria , Pseudomonadota , Chloroflexota , Acidobacteriota , Chlorobiota , Bacillota , Gemmatimonadota и Eremiobacterota. [4]

Цианобактерии — единственная прокариотическая группа, которая осуществляет оксигенный фотосинтез . Аноксигенные фотосинтетические бактерии используют фотосистемы, подобные PSI и PSII , которые представляют собой комплексы пигментных белков для улавливания света. [5] Обе эти фотосистемы используют бактериохлорофилл . Существует несколько гипотез о том, как развился оксигенный фотосинтез. Гипотеза потери утверждает, что PSI и PSII присутствовали у аноксигенных предков цианобактерий, от которых произошли различные ветви аноксигенных бактерий. [5] Гипотеза слияния утверждает, что фотосистемы позже объединились посредством горизонтального переноса генов . [5] Самая последняя гипотеза предполагает, что PSI и PSII произошли от неизвестного общего предка с белковым комплексом, который кодировался одним геном. Затем эти фотосистемы специализировались в тех, которые существуют сегодня. [4]

Эукариотические фотоавтотрофы

Эукариотические фотоавтотрофы включают красные водоросли , гаптофиты , страменопилы , криптофиты , хлорофиты и наземные растения . [6] Эти организмы осуществляют фотосинтез с помощью органелл, называемых хлоропластами, и, как полагают, возникли около 2 миллиардов лет назад. [1] Сравнение генов хлоропластов и цианобактерий убедительно свидетельствует о том, что хлоропласты развились в результате эндосимбиоза с цианобактериями , которые постепенно утратили гены, необходимые для того, чтобы быть свободноживущими. Однако трудно определить, произошли ли все хлоропласты от одного первичного эндосимбиотического события или нескольких независимых событий. [1] Некоторые брахиоподы ( Gigantoproductus ) и двустворчатые моллюски ( Tridacna ) также развили фотоавтотрофию. [7]

Ссылки

  1. ^ abc Olson, John M.; Blankenship, Robert E. (2004). «Размышления об эволюции фотосинтеза». Photosynthesis Research . 80 (1–3): 373–386. Bibcode : 2004PhoRe..80..373O. doi : 10.1023/B:PRES.0000030457.06495.83. ISSN  0166-8595. PMID  16328834. S2CID  1720483.
  2. ^ Hodgskiss, Malcolm SW; Crockford, Peter W.; Peng, Yongbo; Wing, Boswell A.; Horner, Tristan J. (27 августа 2019 г.). «Падение производительности, положившее конец Великому окислению Земли». Труды Национальной академии наук . 116 (35): 17207–17212. Bibcode : 2019PNAS..11617207H. doi : 10.1073/pnas.1900325116 . ISSN  0027-8424. PMC 6717284. PMID 31405980  . 
  3. ^ Lyons, Timothy W.; Reinhard, Christopher T.; Planavsky, Noah J. (февраль 2014 г.). «Подъем кислорода в раннем океане и атмосфере Земли». Nature . 506 (7488): 307–315. Bibcode :2014Natur.506..307L. doi :10.1038/nature13068. ISSN  0028-0836. PMID  24553238. S2CID  4443958.
  4. ^ ab Санчес-Баракальдо, Патрисия; Кардона, Танай (февраль 2020 г.). «О происхождении оксигенного фотосинтеза и цианобактерий». New Phytologist . 225 (4): 1440–1446. doi : 10.1111/nph.16249 . hdl : 10044/1/74260 . ISSN  0028-646X. PMID  31598981.
  5. ^ abc Бьёрн, Ларс (июнь 2009 г.). «Эволюция фотосинтеза и хлоропластов». Current Science . 96 (11): 1466–1474.
  6. ^ Юн, Хван Су; Хакетт, Джеремия Д.; Чинилья, Клаудия; Пинто, Габриэле; Бхаттачарья, Дебашиш (май 2004 г.). «Молекулярная хронология происхождения фотосинтетических эукариот». Молекулярная биология и эволюция . 21 (5): 809–818. дои : 10.1093/molbev/msh075 . ISSN  1537-1719. ПМИД  14963099.
  7. ^ Джордж Р. Макги-младший (2019). Конвергентная эволюция на Земле. Уроки поиска внеземной жизни. MIT Press. стр. 47. ISBN 9780262354189. Получено 23 августа 2022 г. .