Como a fotossíntese captura a luz e fortalece a vida na Terra
Os cloroplastos e as mitocôndrias são as partes das células vegetais que têm seu próprio DNA e passam o tempo ocupadamente colhendo luz para criar toda a base para a vida na Terra. Witthaya Prasongsin / Getty Images p Você provavelmente não aprecia as plantas o suficiente. Está tudo bem - nenhum de nós sabe. Dado que as plantas foram a grande protagonista da complicada novela da vida que nos trouxe a este planeta, deveríamos agradecer a nossos amigos frondosos todos os dias por nossa existência.
p Honestamente, toda a história é tão confusa e complicada, podemos nunca saber a verdade sobre como nossos ancestrais verdes permitiram que todos os outros evoluíssem, mas um aspecto da história certamente envolve a fotossíntese - a capacidade de uma planta de fazer seu próprio alimento a partir da luz solar.
Fotossíntese:a chave para a vida
p "Uma ótima maneira de apreciar a fotossíntese é comparar a atmosfera da Terra com a dos planetas 'irmãos', "diz Gregory Schmidt, professor emérito do Departamento de Biologia Vegetal da University of Georgia. "Todos os três planetas eram provavelmente semelhantes quando se formaram e resfriaram, mas as atmosferas de Vênus e Marte têm 95 por cento de dióxido de carbono (CO2), 2,7 por cento de nitrogênio (N2) e 0,13 por cento de oxigênio (O2). O ar da Terra é 77 por cento N2, 21% de O2 e 0,41% de CO2 - embora esse número esteja aumentando. Isso significa que existem 800 gigatoneladas de dióxido de carbono em nossa atmosfera, mas há outros 10, 000 gigatoneladas - 10, 000, 000, 000 toneladas - desaparecidas ou enterradas na forma de calcário fóssil, carvão e petróleo. "
p Em outras palavras, o carbono foi contrabandeado para fora da atmosfera e para a crosta terrestre por bilhões de anos, que é a única razão pela qual este planeta é habitável por organismos multicelulares.
p "Então, como essa dramática mudança atmosférica aconteceu para a Terra? "pergunta Schmidt." Há apenas uma resposta, e é muito simples:fotossíntese, o fator mais surpreendente na evolução da Terra. "
Uma revolução verde
p FOTOSSÍNTESE, amigos. Cerca de um bilhão de anos após a formação da Terra, a vida apareceu - provavelmente primeiro como uma bactéria anaeróbia, sugando o enxofre e o hidrogênio que saíam das fontes hidrotermais. Agora temos girafas. Mas havia 10, 000 gigatoneladas de degraus na estrada entre as primeiras bactérias e girafas:essas bactérias antigas tiveram que descobrir um meio de encontrar novas fontes hidrotermais, que levou ao desenvolvimento de um pigmento de detecção térmica chamado bacterioclorofila, que algumas bactérias ainda usam para detectar o sinal infravermelho gerado pelo calor. Essas bactérias foram as progenitoras de descendentes que poderiam produzir clorofila, um pigmento que foi capaz de capturar mais curto, mais comprimentos de onda de luz energética do sol e usá-los como uma fonte de energia.
p Então, em essência, essas bactérias criaram um meio de capturar a energia da luz solar. O próximo salto evolutivo exigiu o desenvolvimento de um meio de armazenamento estável de energia - a criação de uma espécie de bateria de luz solar que encorajou os prótons a se acumularem em um lado de suas membranas internas contra o outro.
Água ardente (fotossistema II)
p A verdadeira maravilha da evolução de plantas e algas está no fato de que, em algum ponto, essas antigas bactérias produtoras de clorofila começaram a gerar oxigênio. Afinal, bilhões de anos atrás, havia na verdade muito pouco oxigênio na atmosfera, e era tóxico para várias bactérias primitivas (ainda é tóxico para as bactérias anaeróbias que permanecem nos lugares livres de oxigênio da Terra). Contudo, o novo processo de captura e armazenamento da luz solar exigia que as bactérias participantes queimar água . Sim, eles queimaram aquele material que os bombeiros usam para apagar incêndios.
p O processo de queima é apenas oxidação - o arrancamento dos elétrons de um átomo e a transferência desses elétrons para outro (o que é chamado de redução). As primeiras bactérias fotossintéticas desenvolveram uma maneira de capturar fótons - basicamente partículas de luz - e usar sua energia para retirar muitos de seus prótons e elétrons da água para usar na produção de energia.
p O Breakthrough of Breakthroughs aconteceu 3 bilhões de anos atrás foi quando o maquinário fotossintético foi aperfeiçoado a ponto de a clorofila dividir duas moléculas de água ao mesmo tempo - atualmente chamamos isso de "cluster de clorofila-proteína do fotossistema II".
Pilhas verdes (fotossistema I)
p As cianobactérias evoluíram assim que essas bactérias fotossintéticas descobriram como queimar água e armazenar a energia dessa reação química. Na fotossíntese, O fotossistema II (queima de água) não pode ser sustentado sem o segundo estágio, Fotossistema I, que envolve pegar os elétrons retirados das moléculas de água na primeira etapa e usá-los antes que se decomponham. O fotossistema I faz isso colando esses elétrons em uma linha de montagem química para que o organismo seja capaz de reter essa energia arduamente conquistada, que é então usado para converter CO2 em açúcar para as bactérias usarem como alimento.
A Aurora dos Cloroplastos
p Uma vez que os fotossistemas I e II foram separados, cianobactérias dominaram os oceanos, e porque o oxigênio era seu produto residual, tornou-se abundante na atmosfera da Terra. Como resultado, muitas bactérias se tornaram aeróbicas - isto é, eles requeriam (ou pelo menos toleravam) oxigênio para seus processos metabólicos. Cerca de um bilhão de anos depois, os protozoários evoluíram como anaeróbios (um organismo que não precisa de oxigênio para crescer) devorando presas bacterianas aeróbias. Pelo menos uma vez, a bactéria não foi completamente digerida, mas permaneceu dentro da célula e acabou ajudando o organismo anaeróbio intolerante ao oxigênio a lidar com o ambiente aeróbio. Esses dois organismos ficaram juntos, e, por fim, o organismo da presa evoluiu para uma organela celular chamada mitocôndria.
p Cenário semelhante ocorreu com as cianobactérias há cerca de 1 bilhão de anos. Nesse caso, um protozoário aeróbio provavelmente engoliu uma cianobactéria, que acabou abrindo uma loja dentro de seu hospedeiro, resultando em um pequeno, organela ligada à membrana comum a todas as plantas:os cloroplastos.
p À medida que algas e plantas multicelulares evoluíram e se beneficiaram da abundância de CO2 e do aumento do oxigênio na atmosfera da Terra, cloroplastos se tornou o local onde a fotossíntese - fotossistema I, II e coisas ainda mais complicadas - desceu em cada célula. Assim como as mitocôndrias, eles têm seu próprio DNA e passam o tempo ocupados colhendo luz para a planta, criando toda a base para a vida na Terra.
Agora isso é interessante
A primeira era do gelo da Terra foi provavelmente o resultado de cianobactérias produzindo tanto oxigênio e devorando tanto carbono na atmosfera que as temperaturas despencaram.
Os cloroplastos e as mitocôndrias são as partes das células vegetais que têm seu próprio DNA e passam o tempo ocupadamente colhendo luz para criar toda a base para a vida na Terra. Witthaya Prasongsin / Getty Images p Você provavelmente não aprecia as plantas o suficiente. Está tudo bem - nenhum de nós sabe. Dado que as plantas foram a grande protagonista da complicada novela da vida que nos trouxe a este planeta, deveríamos agradecer a nossos amigos frondosos todos os dias por nossa existência.
p Honestamente, toda a história é tão confusa e complicada, podemos nunca saber a verdade sobre como nossos ancestrais verdes permitiram que todos os outros evoluíssem, mas um aspecto da história certamente envolve a fotossíntese - a capacidade de uma planta de fazer seu próprio alimento a partir da luz solar.
