Фотоавтотрофы — это организмы, которые используют энергию света и неорганический углерод для производства органических материалов. Эукариотические фотоавтотрофы поглощают энергию через молекулы хлорофилла в их хлоропластах , в то время как прокариотические фотоавтотрофы используют хлорофиллы и бактериохлорофиллы , присутствующие в их цитоплазме . Все известные фотоавтотрофы осуществляют фотосинтез . Примеры включают растения , водоросли и цианобактерии .
Химические и геологические данные указывают на то, что фотосинтезирующие цианобактерии существовали около 2,6 миллиарда лет назад, а аноксигенный фотосинтез происходил за миллиард лет до этого. [1] Кислородный фотосинтез был основным источником оксигенации и привел к Великому событию окисления (кислородной катастрофе) примерно от 2,4 до 2,1 миллиарда лет назад. [2] Хотя конец Великого события окисления был отмечен значительным снижением валовой первичной продуктивности , которое затмило события вымирания, [3] развитие аэробного дыхания позволило извлекать энергию изкислород органическими молекулами, что позволяет многоклеточному росту и диверсификации жизни на Земле.
Прокариотические фотоавтотрофы включают Cyanobacteria , Proteobacteria , Chloroflexi , Acidobacteria , Chlorobi , Firmicutes , Gemmatimondadetes и Eremiobacterota. [4]
Цианобактерии — единственная группа прокариот, осуществляющая оксигенный фотосинтез . Аноксигенные фотосинтезирующие бактерии используют PSI- и PSII - подобные фотосистемы , которые представляют собой пигментные белковые комплексы для улавливания света. [5] Обе эти фотосистемы используют бактериохлорофилл . Существует несколько гипотез эволюции оксигенного фотосинтеза. Гипотеза потери утверждает, что PSI и PSII присутствовали у аноксигенных предков цианобактерий, из которых произошли различные ветви аноксигенных бактерий. [5] Гипотеза слияния утверждает, что фотосистемы объединились позже посредством горизонтального переноса генов . [5]Самая последняя гипотеза предполагает, что PSI и PSII произошли от неизвестного общего предка с белковым комплексом, кодируемым одним геном. Затем эти фотосистемы превратились в те, которые существуют сегодня. [4]
К эукариотическим фотоавтотрофам относятся красные водоросли , гаптофиты , страминофилы , криптофиты , хлорофиты и наземные растения . [6] Эти организмы осуществляют фотосинтез через органеллы, называемые хлоропластами , и считается, что они возникли около 2 миллиардов лет назад. [1] Сравнение генов хлоропластов и цианобактерий убедительно свидетельствует о том, что хлоропласты возникли в результате эндосимбиоза с цианобактериями .которые постепенно теряли гены, необходимые для свободной жизни. Однако трудно определить, произошли ли все хлоропласты от одного первичного эндосимбиотического события или от нескольких независимых событий. [1]