光合作用生物進(jìn)化-植物和藻類實(shí)驗(yàn)顯微鏡
藍(lán)細(xì)菌利用太陽能生產(chǎn)有機(jī)物的核心過程。
為實(shí)現(xiàn)上述反應(yīng)，生命對(duì)太陽光子能量的利用可能經(jīng)歷了一個(gè)
從簡單到復(fù)雜、從低效到高效的過程。雖然光合作用在生命出現(xiàn)不
久之后就產(chǎn)生了，但它經(jīng)歷了漫長進(jìn)化才發(fā)展到現(xiàn)在的狀態(tài)，這些
進(jìn)化變化既表現(xiàn)在生物的光合器官上，也表現(xiàn)在光合代謝機(jī)制方面
。在生物器官進(jìn)化方面，大約10億年前，藍(lán)細(xì)菌與一種原生生物(p
rotists)在細(xì)胞的水平上合并共生，并由此發(fā)展出一種合作互惠的
關(guān)系。這種共生的復(fù)合生物體就是現(xiàn)代所有植物和藻類的祖先。在
三大生物界(細(xì)菌、古菌和真核生物)中，光合作用起源于細(xì)菌，真
核生物的光合作用能力來自古代藍(lán)細(xì)菌的內(nèi)共生，這種共生較后變
成了真核生物的葉綠體(chloroplast)。追蹤光合作用在細(xì)菌中的
原始起源是困難的，因?yàn)榧?xì)菌間的平行基因傳遞(horizontal gene
transfer)是非常普遍的現(xiàn)象；遺傳信息在經(jīng)過幾億年的不斷重新
洗牌后，基因的原始狀況已蹤跡難覓。
雖然我們對(duì)光合作用的生物進(jìn)化過程尚有許多不明之處，但現(xiàn)
代科學(xué)對(duì)光合作用的化學(xué)機(jī)制已有了相當(dāng)深刻的了解。生物細(xì)胞中
的光合作用是借助一系列亞系統(tǒng)來完成的。這些亞系統(tǒng)包括光合色
素、反應(yīng)中心、光收集系統(tǒng)、電子傳遞途徑和固碳途徑。這些亞系
統(tǒng)的相互作用，將光子能量轉(zhuǎn)化為以C原子為中心的有機(jī)分子有序
排列。進(jìn)入這種C基分子中的各種原子都經(jīng)歷了由無序向有序的轉(zhuǎn)
化，因而光合產(chǎn)物系統(tǒng)處于低熵狀態(tài)，即儲(chǔ)存了能量。我們稱這種
儲(chǔ)存在分子中的能量為化學(xué)能。
