Еволюция на фотосинтезата

В това видео ще разгледаме еволюцията на фотосинтезата на Земята, понеже това е единственото място, на което, поне досега, ни е известно, че протича фотосинтеза. Лично аз вярвам, че тя протича на много места във Вселената, но просто все още не знаем. Да си припомним какво представлява фотосинтезата – това е процес, при който организмите могат да вземат въглероден диоксид от атмосферата в присъствието на вода. И после използват слънчевата енергия, слънчевата светлина, за да произведат захари, С6Н12О6, и три мола кислород, О2. Така, както го записах, това химично уравнение тук не е изравнено. Виж, имам шест въглеродни атома тук, така че нека поставя шест тук отпред. Но сега да видим – имам 12 водородни атома тук. Имам само два водородни атома тук. Така че ще умножа и това по шест. И, да видим, вляво имам два кислорода, по шест е 12, плюс още шест кислорода, 18 кислородни атома, така че ми трябват 18 кислородни атома тук. Вече имам шест ето тук, така че ми трябват още 12 тук, така че ще поставя шест отпред. Изравних уравнението. Важно е да осъзнаеш, че това е нещо много важно. Ти нямаше да съществуваш без фотосинтезата. И знам какво си мислиш. Ти не фотосинтезираш. Но нещата, които ядеш, или нещата, които са изяждани от нещата, които ядеш, извършват някакъв вид фотосинтеза. В крайна сметка, енергията ни идва от Слънцето. Дори ако ядеш животно, животното може да яде друго животно, което яде растение и това растение използва енергията на Слънцето и я съхранява под формата на вещества, съдържащи въглерод, много често захари. И после, когато ядем тези неща, можем да произведем енергия от тях и да правим неща като образователни видеа. Но интересен въпрос е откъде идва това. Директният отговор е, че все още не знаем всичко, но учените имат сравнително добра представа откъде вероятно е дошло. Днес можем да наблюдаваме цианобактериите. Ето как изглеждат цианобактериите. Те са прокариоти като всички бактерии и могат да фотосинтезират. И учените вярват, че организми, не твърде различни от цианобактериите, може би предшественици на цианобактериите, са съществували на Земята преди 2,5-3 милиарда години, може би дори повече, може би още по-назад във времето и това е рано през историята на Земята. Земята съществува само от около 4,5 милиарда години. И този предшественик на цианобактериите, както самите цианобактерии, можел да усвоява въглероден диоксид от атмосферата в присъствието на вода и да произвежда кислород. И въпреки че това са бактерии и всеки от тези организми е много малък, взети заедно, те могат да имат доста голямо влияние. Например, това е цианобактерийна колония близо до Фиджи и можеш да видиш, че това са доста значителни неща, които могат да дадат голям принос към кислорода в атмосферата. Учените смятат, че тези предшественици на цианобактериите, докато еволюирали на Земята и започнали да растат и да се размножават, започнали да влияят на земната атмосфера. Това, което виждаш на диаграмата, е как днес учените си представят какво е било съдържанието на кислород в атмосферата, ако се върнем назад във времето. Това е установено въз основа на анализи на скални проби, които са много, много стари, въз основа на много, много стари фосилни данни. За да схванеш какво става тук, тази хоризонтална ос е времето преди милиарди години. Това е преди един милиард години, два милиарда години, три милиарда години, 3,8 милиарда години. Покрива повечето от историята на Земята. Ако искаш да поставиш нещата в контекст, съвременните хора съществуват само около 200 000 - 300 000 години. Така че на тази диаграма ние не се появяваме дори като пиксел. Връщаме се доста назад във времето. И учените смятат, че първите фотосинтезиращи организми може да са еволюирали преди приблизително три милиарда години, въпреки че не сме напълно сигурни. Тези организми може би са били способни да произвеждат кислород от фотосинтеза, но може да са били абсорбирани от неща като океана. Но, в крайна сметка, вероятно тези организми, вероятно тези предшественици на цианобактериите са станали достатъчно значителни, че кислород започнал да се отделя в атмосферата и започваме да виждаме това тук. Преди тази точка кислородът е бил почти близо до нула процента, а ето тук при Голямото насищане с кислород, ще го нарека ГНК (GOE), изведнъж кислородът съставлява все по-голям дял от атмосферата и тези две прави представляват две различни изчисления какъв процент от атмосферата е бил кислородът назад във времето и как е нараснал чак до наши дни, когато кислородът е приблизително 20 или 21% от атмосферата ни. Понякога наричат това кислородната катастрофа, защото за много анаеробни организми кислородът бил отровен, така че имало голямо изчезване на биологични видове от всичкия този кислород в атмосферата. Но това не било катастрофа за съществата, които в крайна сметка ще се превърнат в нас, понеже ние зависим не само от захарите от фотосинтезата, но също така зависим и от кислорода от фотосинтезата. Използваме този кислород, за да извършваме дишане. Можеш почти да гледаш на дишането като на обратния процес. Взимаш захари и в присъствието на кислород можеш да извлечеш енергия от тези захари, така че да можеш да живееш. Интересен въпрос е в какъв момент сме преминали от тези прокариотни бактериални организми към еукариотни организми, които са можели да извършват фотосинтеза, по-точно растения. Това ни връща към ендосимбионтната теория. Имаме цяло друго видео за това. Но идеята е, че предшествениците на цианобактериите може би са живели в симбиоза с друга еукариотна клетка, където предшествениците на цианобактериите можели да улавят светлинна енергия, за да произвеждат захари за по-голямата клетка. В замяна по-голямата клетка можела да даде защита или хранителни вещества. И вярваме, въз основа на ендосимбионтната теория, че хлоропластите – тук виждаш растителни клетки с видими хлоропласти в тях – че хлоропластите произлезли от тези предшественици на цианобактериите, като цианобактериите са други техни потомци, но това са тези, които започнали да живеят в симбиоза с това, което по-късно щяло да стане растителни клетки. И добро доказателство, че те може да са имали предшественици, които са живеели независимо, е че те имат ДНК, която е много подобна на ДНК на цианобактериите. Те имат рибозоми, свои собствени рибозоми, които са много подобни на рибозомите на цианобактериите. И, както в случая с митохондриите, вярваме, че хлоропластите са възникнали като независими бактериоподобни организми и в крайна сметка били погълнати в еукариотни клетки. Ще приключим тук. Фотосинтезата е много важна и е много интересно да мислим откъде е произлязла. Тя вероятно е еволюирала на Земята преди много милиарди години, вероятно преди около три милиарда години, но преди около 2,3-2,4 милиарда години фундаментално променила планетата, като започнали да отделят кислород в атмосферата, убиващ много организми, но позволяващ на много други организми да живеят. И някои от тези ранни фотосинтезиращи организми имали предшественици, които започнали да живеят в симбиоза с по-големи еукариотни клетки, които в крайна сметка са еволюирали в познатите ни растителни клетки.