Kloroplaster och mitokondrier är de delar av växtceller som har sitt eget DNA och ägnar sin tid åt att skörda ljus för att skapa hela grunden för livet på jorden. Witthaya Prasongsin/Getty Images Du uppskattar nog inte växter tillräckligt. Det är OK - ingen av oss gör det. Med tanke på att växter har varit de stor aktör i livets invecklade tvålopera som landade oss på denna planet, vi borde tacka våra lummiga vänner varje dag för vår existens.
Ärligt, hela historien är så trasslig och komplicerad, vi kanske aldrig vet sanningen om hur våra gröna förfäder tillät alla andra att utvecklas, men en aspekt av historien involverar verkligen fotosyntes - en växt förmåga att göra sin egen mat av solljus.
"Ett bra sätt att uppskatta fotosyntesen är att jämföra jordens atmosfär med vår" syster "planets atmosfär, "säger Gregory Schmidt, professor emeritus vid Institutionen för växtbiologi vid University of Georgia. "Alla tre planeterna var troligen lika när de bildades och svalnade, men atmosfären i både Venus och Mars har 95 procent koldioxid (CO2), 2,7 procent kväve (N2) och 0,13 procent syre (O2). Jordens luft är 77 procent N2, 21 procent O2 och 0,41 procent CO2 - även om den siffran stiger. Det betyder att det finns 800 gigaton koldioxid i vår atmosfär, men det finns ytterligare 10, 000 gigaton - 10, 000, 000, 000 ton - saknas eller begravas i form av fossil kalksten, kol och olja. "
Med andra ord, kol har smugglats ut ur atmosfären och in i jordskorpan i miljarder år, vilket är den enda anledningen till att denna planet överhuvudtaget är beboelig av flercelliga organismer.
"Så, hur hände det dramatiska atmosfäriska skiftet för jorden? "frågar Schmidt." Det finns bara ett svar, och det är ganska enkelt:fotosyntes, den mest fantastiska faktorn i jordens utveckling. "
FOTOSYNTES, vänner. Ungefär en miljard år efter att jorden bildades, livet dök upp - förmodligen först som några anaeroba bakterier, slurpa upp svavel och väte som kom ur hydrotermiska ventiler. Nu har vi fått giraffer. Men det var 10, 000 gigaton steg på vägen mellan de första bakterierna och girafferna:De gamla bakterierna måste hitta ett sätt att hitta nya hydrotermiska ventiler, vilket ledde till utvecklingen av ett värmekänsligt pigment som kallas bakterioklorofyll, som vissa bakterier fortfarande använder för att detektera den infraröda signalen som genereras av värme. Dessa bakterier var stamfäder till ättlingar som kunde göra klorofyll, ett pigment som kunde fånga kortare, mer energiska ljusvåglängder från solen och använda dem som en energikälla.
Så, i huvudsak, dessa bakterier skapade ett sätt att fånga upp solljusets energi. Nästa evolutionära språng krävde att man utarbetade ett sätt för stabil energilagring - att skapa ett slags solljusbatteri som uppmuntrade protoner att ackumuleras på ena sidan av sina inre membran kontra det andra.
Det verkliga underverket av växt- och algutveckling är att, vid något tillfälle, dessa gamla klorofyllproducerande bakterier började generera syre. Trots allt, för miljarder år sedan, det fanns faktiskt väldigt lite syre i atmosfären, och det var giftigt för många tidiga bakterier (det är fortfarande giftigt för anaeroba bakterier som finns kvar på de syrefria platserna på jorden). Dock, den nya processen att fånga och lagra solljus krävde att de deltagande bakterierna bränna vatten . Ja, de brände det där som brandmän använder för att släcka bränder.
Förbränningsprocessen är bara oxidation - rivning av elektroner från en atom och överföring av dessa elektroner till en annan (som kallas reduktion). Tidiga fotosyntetiska bakterier utvecklade ett sätt att fånga fotoner - i princip ljuspartiklar - och använda sin energi för att ta bort vatten från många av dess protoner och elektroner för att använda för energiproduktion.
Genombrottet av genombrott hände för 3 miljarder år sedan var när fotosyntetiska maskiner perfekterades till den grad att klorofyll kunde dela två vattenmolekyler samtidigt-i dessa dagar kallar vi detta för ett "Fotosystem II klorofyll-proteinkluster".
Cyanobakterier utvecklades när dessa fotosyntetiska bakterier räknade ut hur man bränner vatten och lagrar energin från den kemiska reaktionen. I fotosyntes, Fotosystem II (vattenförbränning) kan inte riktigt upprätthållas utan den andra etappen, Fotosystem I, vilket innebär att ta elektronerna som svepts av vattenmolekylerna i det första steget och använda dem innan de förfaller. Fotosystem I gör detta genom att fästa dessa elektroner på en kemisk samlingslinje så att organismen kan behålla den hårt förvärvade energin, som sedan används för att omvandla CO2 till socker för bakterierna att använda som mat.
När fotosystem I och II sorterades ut, cyanobakterier tog över haven, och eftersom syre var deras avfallsprodukt, det blev rikligt i jordens atmosfär. Som ett resultat, många bakterier blev aeroba - det vill säga de krävde (eller åtminstone tolereras) syre för sina metaboliska processer. Ungefär en miljard år senare, protozoer utvecklades som anaerober (en organism som inte behöver syre för tillväxt) som skärper upp aerobt bakteriellt byte. Åtminstone en gång, bakterierna smälts inte helt, men stannade kvar i cellen och slutade med att hjälpa den syreintoleranta anaeroba organismen att hantera den aeroba miljön. Dessa två organismer fastnade tillsammans, och så småningom utvecklades bytesorganismen till en cellorganell som kallas mitokondrier.
Ett liknande scenario inträffade med cyanobakterier för cirka 1 miljard år sedan. I detta fall, en aerob protozo tappade troligen upp en cyanobakterie, som slutade med att starta butik i sin värd, vilket resulterar i en liten, membranbunden organell som är gemensam för alla växter:kloroplasterna.
När alger och flercelliga växter utvecklades och gynnades av rikligt med CO2 och ökande syre i jordens atmosfär, kloroplaster blev platsen där fotosyntesen - Fotosystem I, II och ännu mer komplicerade saker - gick ner i varje cell. Precis som mitokondrier, de har sitt eget DNA och ägnar sin tid åt att skörda ljus för växten, skapa hela grunden för livet på jorden.
Nu är det intressantJordens första istid var förmodligen resultatet av cyanobakterier som producerar så mycket syre och tappar upp så mycket kol i atmosfären att temperaturen sjönk.
