چکیده و خلاصه فتوسنتز

فتوسنتز فرآیندی است که به واسطه آن، نور خورشید جهت تولید مولکول های آلی به دام می افتد

تنها انواع محدودی از موجودات زنده، شامل گیاهان، جلبکهاو برخی باکتریها، توانایی تولید مولکولهای آلی را به واسطه به دام انداختن انرژی نورانی خورشید دارا هستند. تقریبا تمام اشکال حیات موجود در روی کره زمین، به طور مستقیم یا غیرمستقیم به فرآورده های حاصل از این فرآیند وابسته اند.

بلوکهای شیمیایی سازنده حیات در اقیانوس های اولیه انباشته شدند سیاره زمین عمری در حدود 4.6 میلیارد سال دارد. قدیمی ترین فسیل های شناخته شده که مشابه باکتریهای رشتهای امروزی هستند، قدمتی به اندازه 3.5 میلیارد سال داشته اند. گرچه فرآیند ایجاد موجودات زنده هنوز به صورت فرضیه مطرح است، ولی اجماع نظر عمومی وجود دارد که حیات احتمالا تنهایک بار پدیدار شده است، به بیانی دیگر تمام موجودات زنده دارای یک جد مشترک هستند.

موجودات هتروتروف قبل از اتوتروف، موجودات پروکاریوت قبل از یوکاریوت و موجودات تک سلولی قبل از اشکال چندسلولی پدیدار شده اند

موجودات هتروتروف که از مولکولهای آلی یا سایر موجودات زنده تغذیه می کنند، اولین اشکال پدیدار شده بر روی کره زمین هستند. موجودات اتوتروف که قادر به تولید مواد غذایی مورد نیاز خود از طریق فتوسنتز هستند، در کمتر از 3.4 میلیارد سال پیش ظهور پیدا کردند. تا حدود 2.1 میلیارد سال پیش، آرکیها و باکتریها تنها اشکال زنده موجود در روی زمین بوده اند.

ynnyn

ریشه ها، ساقه ها و برگها توسط سیستم آوندی پیچیده و کارآمدی باهم در ارتباط بوده و آب و مواد غذایی را بین همدیگر انتقال می دهند. سلول های تولید مثلی گیاهان در درون ساختارهای چند سلولی محافظی احاطه شده و در گیاهان دانه دار، جنین توسط پوششی مقاوم نگهداری میشود. تمامی این ویژگیها، سازگاریهایی جهت حضور موجودات فتوسنتز کننده در خشکی هستند.

اندام ها شامل ریشه، ساقه و برگ، متشکل از بافت ها هستند که شامل گروهی از سلول ها با ساختار و عملکرد مجزا می‌باشند.

تکامل فتوسنتز کننده ها

در اوایل تاریخ تکاملی زمین، مهم ترین موجودات فتوسنتز کننده به صورت سلول های میکروسکوپی غوطه ور در زیر سطح آب های موجود در زیر نور آفتاب بوده اند.

گرچه این موجودات ذخیره انرژی بالایی داشتند، ولی به هنگام تولید مثل و تکثیر، به سرعت منابع معدنی موجود در اقیانوس را مصرف نموده و باعث کاهش شدید آن می‌شدند (همین موضوع کمبود عناصر معدنی ضروری است که امروزه نیز به عنوان فاکتوری محدود کننده مانع از موفقیت هر گونه طرحی جهت بهره برداری از دریاها می شود).

در نتیجه این محدودیت، حیات بیشتر به سمت سواحل گسترش پیدا کرد، مناطقی که غنی از نیترات ها و مواد معدنی حمل شده از نواحی کوهستانی توسط رودخانه ها و و سیلاب ها بودند که به دنبال وقوع امواج دائمی، از سواحل زدوده می شدند.

موجودات فتوسنتزی چند سلولی، در مراحل اولیه تکامل خود، به سواحل صخره ای متصل بودند. این کلبها (Durvillaea potatorum) که هنگام جزر و مد خفیف در روی صخره های موجود در حاشیه سواحل ویکتوریا و تاسمانیا واقع در استرالیا دیده می شوند، مربوط به جلبکهای قهوه ای (رده Phaeophyceae) بوده که ایجاد حالت چند سلولی در این گروه، به طور مستقل از سایر گروههای موجودات زنده تکامل پیدا کرده است.

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.

فتوسنتز

فتوسنتز، فرآیندی زیست‌شیمی است که در آن، انرژی نورانی خورشید توسط گیاهان و برخی از باکتریها به انرژی شیمیایی ذخیره‌شده در مواد غذایی آن‌ها تبدیل می‌شود. کمابیش همهٔ ارگانیسم‌های روی زمین به آن وابسته‌اند. در عمل فتوسنتز، اندام‌هایی مانند برگ که دارای سبزینه هستند، کربن دی‌اکسید، آب و نور را جذب‌کرده و به کلروپلاست می‌رسانند. طی واکنش‌هایی که درون کلروپلاست انجام می‌گیرد، این مواد به اکسیژن و کربوهیدراتها تبدیل می‌شوند. تمامی اکسیژن کنونی موجود بر روی زمین، فرآوردهٔ فتوسنتز است. برخی از کربوهیدرات‌های مهم تولیدشده مانند گلوکز، می‌توانند به سایر مواد آلی، لیپیدها،نشاسته، سلولز و پروتئین تبدیل‌شوند که برای تبدیل‌شدن به پروتئین، نیاز به نیتروژن دارند. ژان باپتیست ون هلمونت، یکی از نخستین آزمایش‌های مربوط به فتوسنتز را انجام‌داد.

تمامی بخش‌های سبزرنگ گیاه، قادر به انجام عمل فتوسنتز هستند. مادهٔ سبز موجود در گیاهان که سبزینه یا کلروفیل نام‌دارد، آغازکنندهٔ واکنش‌های فتوسنتز است. فتوسنتز در اندام‌هایی که فاقد سبزینه هستند، انجام نمی‌گیرد. کلروپلاستها که در سلول‌های سبزینه‌دار گیاهان وجود دارند، محل استقرار مولکولهای سبزینه می‌باشند. سلول‌های برگ، بیشترین مقدار کلروپلاست را دارند و به‌همین دلیل، اندام اصلی فتوسنتز در گیاهان به‌شمار می‌آیند.
قدمت نخستین فتوسنتز به حدود ۳٫۵ میلیارد سال پیش باز می‌گردد که در آن واکنش، از هیدروژن و سولفید هیدروژن الکترونی به‌جای آب استفاده شده‌است. حدود یک میلیارد سال پیش، آغازیان با سیانوباکتری‌ها هم‌زیستی کردند که حاصل آن، به‌وجودآمدن کلروپلاست در گیاهان امروزی است.
نیاکان آب‌هایی که به‌عنوان منبع الکترونها در فرآیند فتوسنتز استفاده می‌شوند، سیانوباکتری‌های منقرض‌شده هستند. داده‌های زمین‌شناسی نشان می‌دهد که تاریخ این رویداد به دورهٔ نخست زمین‌شناسی، میان ۲٫۴۵ تا ۲٫۳۲ میلیارد سال پیش و حتی بسیار بیشتر از آن باز می‌گردد.
پژوهشگران دانشگاه تل‌آویو در سال ۲۰۱۰ کشف‌کردند که زنبور سرخ آسیایی، با استفاده از رنگدانهای به‌نام زانتوپترین، نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند. این شواهد علمی نشان‌داد که حیوانات نیز در فتوسنتز درگیراند.