فتوسنتز؛ تغییرات اتمسفر زمین

فتوسنتز، اتمسفر زمین را تغییر داده و این تغییر به نوبه خود بر تکامل حیات تأثیر گذاشت.

 

با افزایش تعداد موجودات فتوسنتز کننده، سیمای زمین دچار دگرگونی شد. این انقلاب زیستی به این دلیل ایجاد شد که فتوسنتز اصولا مستلزم شکافت مولکول آب (H2O) و رهاسازی اکسیژن آن به صورت مولکولهای آزاد اکسیژن (02) است. بیش از ۲.۲ میلیارد سال پیش، اکسیژن به درون اقیانوس ها و دریاچه ها آزاد شده و به واسطه واکنش با آهن محلول، منجر به رسوب اکسیدهای آهن شد. حدود 2.7 تا 2.2 میلیارد سال پیش، اکسیژن به تدریج شروع به انباشته شدن در اتمسفر نمود.

تا حدود ۷۰۰ میلیون سال پیش، میزان اکسیژن موجود در اتمسفر به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرد و طی دوره کامبرین (۵۷۰ تا ۵۱۰ میلیون سال پیش) میزان آن به مقادیر امروزی رسید.

افزایش میزان اکسیژن، دو نتیجه مهم به دنبال داشت: اول اینکه برخی مولکولهای اکسیژن موجود در لایه خارجی اتمسفر تبدیل به مولکولهای اوزون (0) شدند. وقتی که میزان اوزون موجود در اتمسفر به یک حد مناسب رسید، اشعه های ماورای بنفش (اشته هایی به شدت مخرب برای موجودات زنده) موجود در نور خورشید که به سطح زمین می رسیدند، جذب شده و در نتیجه به سطح زمین نمی رسیدند.

در حدود ۴۵۰ میلیون سال پیش، ظاهرة اوزون به حل مناسبی از موجودات زنده محافظت نمود، به طوری که موجودات زنده توانایی بقاء در لایه های سطحی آب و حتى نواحی ساحلی را کسب نموده و برای اولین بار، حیات بر روی خشکی پدیدار شد.

ثانیا افزایش اکسیژن آزاد منجر به بهره برداری مناسب تر از مولکول های محتوی کربن غنی از انرژی تولید شده توسط فتوسنتز شد. این موضوع امکان تجزیه این مولکول ها توسط فرآیندی موسوم به تنفس (Respiration) را فراهم نمود که طی آن، اکسیژن مصرف می شود.

تنفس در مقایسه با فرآیند بی هوازی Anaerobic یا فاقد اکسیژن، انرژی به مراتب بیشتری تولید می نماید.

قبل از انباشت اکسیژن در اتمسفر و ایجاد شرایطی هوازی (Aerobic)، تنها سلول های موجود در کره زمین پروکاریوتها (Prokaryotesبودند، که سلول های ساده فاقد پوشش هسته ای و همچنین فاقد مواد ژنتیکی دارای سازماندهی به صورت کروموزوم های پیچیده بودند. به احتمال خیلی زیاد، اولین پروکاریوتها موجودات گرمادوستی موسوم به "آرکیها" به معنای "موجودات باستانی" بوده اند که امروزه اشکالی از آنها به طور گسترده در دماهای بسیار بالا و محیطهای اسیدی نامطلوب برای سایر اشکال حیات، زندگی می کنند.

باکتری ها نیز جزو پروکاریوتها به حساب می آیند. برخی از آرکیها و باکتریها هتروتروف و برخی دیگر، همچون سیانوباکتریها، اتوتروف هستند.

بر اساس شواهد فسیلی، افزایش میزان اکسیژن نسبتأ فراوان، همراه با پیدایش اولیه سلولهای یوکاریوتی سلول‌های دارای پوشش هسته ای، کروموزوم های پیچیده، و اندامکهایی همچون میتوکندریها (جایگاه تنفس) و کلروپلاست ها (جایگاه فتوسنتز) که توسط غشا احاطه شده اند بوده است.

موجودات یوکاریوت که در مقایسه با موجودات پروکاریوت، معمولا دارای سلول های به مراتب بزرگتری هستند، در حدود 2.1 میلیارد سال پیش پدیدار شده و در حدود 2.1 میلیارد سال پیش به تنوع بالایی رسیده و به خوبی در زمین مستقر شدند.

به استثنای آرکیها و باکتری ها، تمام موجودات زنده اعم از آمیب تا گل قاصدک تا درخت بلوط و یا انسان متشکل از یک تا چندین میلیون سلول یوکاریوتی هستند.

نواحی ساحلی صخره ای در مقایسه با دریاهای آزاد، محیطی به مراتب پیچیده تر بوده و در پاسخ به این فشارهای محیطی حاکم، موجودات از لحاظ ساختاری و عملکردی پیچیده تر شدند.

زمانی در حدود ۶۵۰ میلیون سال پیش، موجودات طوری تکامل پیدا کردند که طی آن، تعداد زیادی سلول به هم متصل شده و تشکیل پیکرهای یکپارچه و چند سلولی دادند.

در این زمان، مراحل اولیه تکامل گیاهان، قارچها و جانوران آغاز شد. فسیل های موجودات چندسلولی در مقایسه با موجودات ساده تر با سهولت بسیار بیشتری یافت میشود. بر همین اساس، بررسی تاریخ تکامل حیات پس از پیدایش این موجودات، با سهولت بیشتری قابل ارزیابی است. در سواحل متلاطم، موجودات فتوسنتزی چند سلولی، توانایی بیشتری برای حفظ موقعیت خود در برابر امواج داشته و در پاسخ به چالش نواحی ساحلی صخره ای، اشکال جدیدی از موجودات تکوین پیدا کردند.

اصولا این اشکال جدید، دیواره های سلولی محکم تری را جهت حمایت از سلول ایجاد نموده و به علاوه، ساختارهایی اختصاصی برای اتصال پیکره خود به سطوح صخره ای تولید نمودند 

با افزایش ابعاد پیکره، موجودات زنده با مشکل تأمین مواد غذایی برای بخش هایی از پیکره خود مواجه شدند که به دلیل استقرار در بخشهای عمیق تر و عدم دریافت نور خورشید، قادر به انجام فتوسنتز نبودند. نهایتأ بافت های اختصاصی هدایت کننده مواد غذایی، تکامل پیدا کرده که در سرتاسر طول محیط ساحلی در تکامل موجودات فتوسنتز کننده حائز اهمیت بود