Bien que les procaryotes – organismes dépourvus de noyau – paraissent souvent simples, ils partagent un besoin universel avec tous les êtres vivants :une source d’énergie. Couvrant les domaines des bactéries et des archées, ces microbes affichent une diversité métabolique remarquable, depuis les extrémophiles oxydant le soufre qui prospèrent dans les sources hydrothermales jusqu'à 750 °F jusqu'aux organismes qui exploitent la lumière du soleil.
Le terme phototrophe (En grec, « nourriture lumineuse ») décrit les organismes qui tirent leur énergie directement des photons. Bien que les plantes vertes soient l'exemple le plus connu, de nombreux procaryotes et eucaryotes effectuent également la photosynthèse, transformant la lumière en énergie chimique.
Comme les plantes, les bactéries phototrophes utilisent des pigments pour récolter des photons. Ces pigments :les bactériochlorophylles - résident dans la membrane plasmique et non dans les chloroplastes. Sept variantes (a, b, c, d, e, cs, g) absorbent des longueurs d'onde distinctes, de l'infrarouge au rouge lointain, permettant à chaque espèce d'occuper une niche spécifique dans le spectre lumineux.
La photosynthèse bactérienne reflète la photosynthèse végétale en deux étapes :
Différentes bactéries utilisent des voies distinctes de fixation du carbone. Les cyanobactéries utilisent le cycle de Calvin, tandis que d'autres peuvent s'appuyer sur le cycle de Krebs inverse, qui couple les donneurs d'électrons comme l'hydrogène ou le sulfure à la réduction du CO₂.
Les procaryotes photoautotrophes constituent la base de la plupart des écosystèmes. En convertissant l’énergie lumineuse en sucres, ils constituent la principale source de nourriture des hétérotrophes incapables de photosynthétiser. De plus, leur fixation de CO₂ aide à réguler les niveaux de carbone atmosphérique et, historiquement, a produit l'oxygène libre qui définit l'atmosphère respirable de la Terre, un processus central au Grand Événement d'Oxygénation et à l'évolution de la vie complexe.