Les chloroplastes et les mitochondries sont les parties des cellules végétales qui ont leur propre ADN et passent leur temps à récolter la lumière pour créer les bases de la vie sur Terre. Witthaya Prasongsin/Getty Images Vous n'appréciez probablement pas assez les plantes. C'est bon, aucun de nous ne le fait. Étant donné que les plantes ont été les acteur majeur du feuilleton alambiqué de la vie qui nous a fait atterrir sur cette planète, nous devrions remercier nos amis feuillus chaque jour pour notre existence.
Franchement, toute l'histoire est si enchevêtrée et compliquée, nous ne saurons peut-être jamais la vérité sur la façon dont nos ancêtres verts ont permis à tout le monde d'évoluer, mais un aspect de l'histoire implique certainement la photosynthèse - la capacité d'une plante à fabriquer sa propre nourriture à partir de la lumière du soleil.
« Une excellente façon d'apprécier la photosynthèse est de comparer l'atmosphère de la Terre avec celle de nos planètes « soeurs », " dit Grégory Schmidt, professeur émérite au Département de biologie végétale de l'Université de Géorgie. "Les trois planètes étaient très probablement similaires lorsqu'elles se sont formées et refroidies, mais les atmosphères de Vénus et de Mars contiennent 95 % de dioxyde de carbone (CO2), 2,7 pour cent d'azote (N2) et 0,13 pour cent d'oxygène (O2). L'air de la Terre contient 77% de N2, 21 % d'O2 et 0,41 % de CO2 – bien que ce nombre soit en augmentation. Cela signifie qu'il y a 800 gigatonnes de dioxyde de carbone dans notre atmosphère, mais il y en a encore 10, 000 gigatonnes — 10, 000, 000, 000 tonnes — manquantes ou enfouies sous forme de calcaire fossile, charbon et pétrole."
En d'autres termes, le carbone est sorti clandestinement de l'atmosphère et dans la croûte terrestre depuis des milliards d'années, c'est la seule raison pour laquelle cette planète est habitable par des organismes multicellulaires.
"Donc, comment ce changement atmosphérique dramatique s'est-il produit pour la Terre ?" demande Schmidt. "Il n'y a qu'une seule réponse, et c'est assez simple :la photosynthèse, le facteur le plus étonnant de l'évolution de la Terre."
PHOTOSYNTHÈSE, copains. Environ un milliard d'années après la formation de la Terre, la vie est apparue - probablement d'abord sous forme de bactéries anaérobies, aspirer le soufre et l'hydrogène qui sortaient des sources hydrothermales. Maintenant, nous avons des girafes. Mais il y en avait 10, 000 gigatonnes d'étapes sur la route entre les premières bactéries et les girafes :ces anciennes bactéries ont dû trouver un moyen de trouver de nouvelles sources hydrothermales, qui a conduit au développement d'un pigment thermosensible appelé bactériochlorophylle, que certaines bactéries utilisent encore pour détecter le signal infrarouge généré par la chaleur. Ces bactéries étaient les progéniteurs de descendants qui pouvaient fabriquer de la chlorophylle, un pigment qui était capable de capturer plus court, longueurs d'onde lumineuses plus énergétiques du soleil et les utiliser comme source d'énergie.
Donc, en substance, ces bactéries ont créé un moyen de capter l'énergie de la lumière du soleil. Le prochain saut évolutif nécessitait de trouver un moyen de stockage d'énergie stable - en créant une sorte de batterie solaire qui encourageait les protons à s'accumuler d'un côté de leurs membranes internes par rapport à l'autre.
La vraie merveille de l'évolution des plantes et des algues réside dans le fait que, à un moment donné, ces anciennes bactéries productrices de chlorophylle ont commencé à produire de l'oxygène. Après tout, il y a des milliards d'années, il y avait en fait très peu d'oxygène dans l'atmosphère, et il était toxique pour de nombreuses premières bactéries (il est toujours toxique pour les bactéries anaérobies qui restent dans les endroits sans oxygène de la Terre). Cependant, le nouveau processus de capture et de stockage de la lumière solaire a obligé les bactéries participantes à brûler de l'eau . Oui, ils ont brûlé ce truc que les pompiers utilisent pour éteindre les incendies.
Le processus de combustion n'est qu'une oxydation - l'arrachement des électrons d'un atome et le transfert de ces électrons à un autre (ce qu'on appelle la réduction). Les premières bactéries photosynthétiques ont développé un moyen de capturer des photons - essentiellement des particules de lumière - et d'utiliser leur énergie pour dépouiller l'eau de bon nombre de ses protons et électrons afin de les utiliser pour la production d'énergie.
La percée des percées s'est produite il y a 3 milliards d'années, lorsque la machinerie photosynthétique a été perfectionnée au point que la chlorophylle pouvait diviser deux molécules d'eau en même temps.
Les cyanobactéries ont évolué une fois que ces bactéries photosynthétiques ont compris comment brûler l'eau et stocker l'énergie de cette réaction chimique. Dans la photosynthèse, Le photosystème II (brûlage d'eau) ne peut pas vraiment être maintenu sans la deuxième étape, Photosystème I, ce qui implique de prendre les électrons arrachés aux molécules d'eau dans la première étape et de les utiliser avant qu'ils ne se désintègrent. Le photosystème I fait cela en collant ces électrons sur une chaîne de montage chimique afin que l'organisme soit capable de conserver cette énergie durement gagnée, qui est ensuite utilisé pour convertir le CO2 en sucre pour les bactéries à utiliser comme nourriture.
Une fois les photosystèmes I et II triés, les cyanobactéries ont envahi les océans, et parce que l'oxygène était leur déchet, il est devenu abondant dans l'atmosphère terrestre. Par conséquent, de nombreuses bactéries sont devenues aérobies, c'est-à-dire ils avaient besoin (ou du moins toléraient) d'oxygène pour leurs processus métaboliques. Environ un milliard d'années plus tard, les protozoaires ont évolué en tant qu'anaérobies (un organisme qui n'a pas besoin d'oxygène pour se développer) éliminant des proies bactériennes aérobies. Au moins une fois, la bactérie n'a pas été complètement digérée, mais est resté dans la cellule et a fini par aider l'organisme anaérobie intolérant à l'oxygène à faire face à l'environnement aérobie. Ces deux organismes collés ensemble, et finalement, l'organisme proie a évolué en un organite cellulaire appelé mitochondrie.
Un scénario similaire s'est produit avec les cyanobactéries il y a environ 1 milliard d'années. Dans ce cas, un protozoaire aérobie a probablement englouti une cyanobactérie, qui a fini par s'installer chez son hôte, résultant en un petit, organite membranaire commun à toutes les plantes :les chloroplastes.
Alors que les algues et les plantes multicellulaires évoluaient et bénéficiaient d'une abondance de CO2 et d'une augmentation de l'oxygène dans l'atmosphère terrestre, les chloroplastes sont devenus le lieu où la photosynthèse — Photosystème I, II et des trucs encore plus compliqués — descendaient dans chaque cellule. Tout comme les mitochondries, ils ont leur propre ADN et passent leur temps à récolter de la lumière pour la plante, créant la fondation entière pour la vie sur Terre.
Maintenant c'est intéressantLa première ère glaciaire de la Terre était probablement le résultat de cyanobactéries produisant tellement d'oxygène et engloutissant tellement de carbone dans l'atmosphère que les températures ont chuté.
