考察光合作用之前的世界是什么样?

数十亿年前，一个藻青菌分化了一个水分子，这如同打开了潘多拉之盒，把扑灭和灭亡带给了宿世界。因为这个微生物所完当作的不是此外，恰是光合感化。光合感化分化水，释放氧气，而对于地球上早期无氧呼吸的居平易近来说，氧气无异于毒气。

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可是有的工具对别人是毒药，对我们倒是喷鼻膏。动物，包罗我们人类，斯须都离不开氧气，借使倘使没有光合感化，地球上也就不会有高级生命。对一种于我们如斯攸关的生命勾当，花点时候考查一下光合感化之前的宿世界总不为过吧。
【考察光合作用之前的世界是什么样?】谁在帮忙锰氧化？
光合感化是用光和电子来发生能量，从而为有机体供给动力的。就现代的光合感化而言，电子来自水分子，氧气是这一过程的副产物。但这并不是说，光合感化一起头呈现就如斯的。好比说，光合感化年夜约是在34亿年前呈现在地球上的，但并没有迹象表白，阿谁时辰就已经有氧气发生了。所以有些科学家猜测，最早的光合感化很可能是靠分化此外物质，譬如说二氧化硫，而不是水，来获得电子的。
但到了年夜约24亿年前，这一环境发生了转变。这一期间地质层中沉积的年夜量氧化物矿物告诉我们，此时氧气起头在年夜气中储蓄积累起来，所以，光合感化直到这个时辰才进化呈现代的形式，即靠分化水来获得电子。
那么这一过程是若何实现的？换句话说，早期的光合感化是若何找到水这一替代物的？
为了搞清晰这一问题，美国地质学家伍德沃德·费歇尔和他的同事考查了南非的一些岩石。这些岩石形当作于年夜约24亿年前，形当作的时候正益处于地球情况年夜转折——以分化水、释放氧气为特征的现代光合感化呈现的前夜。研究表白，尽管这些岩石是在无氧的情况下形当作的，但令人匪夷所思的是，岩石里的锰元素却都以氧化物的形式存在。
从化学中领会到，在年夜气中贫乏氧气的环境下，金属锰需要一些催化剂才能形当作氧化物，换句话说，没有一点别人的帮忙，这个反映就不成能发生。那么帮忙锰氧化的是谁呢？

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光合感化也在进化
费歇尔提出一个斗胆的猜想：这个辅佐就是无氧呼吸同时又进行光合感化的有机生命！但这种生命的光合感化有点奇异，电子“采自”金属锰。锰掉去电子之后酿成离子，而锰离子是不不变的，很快会跟四周的水反映生当作锰的氧化物。如许，在年夜气缺氧的环境下，经由过程这种体例也可以形当作锰的氧化物。
这个猜想可谓石破天惊，因为现代的光合感化是从水中获得电子的，而猜想中提到的光合感化倒是从锰那儿获得电子的。水和锰是何等纷歧样的工具啊！可是，偏偏有良多证据表白这一猜测很可能是对的。
譬如说，我们细心考查今天的植物就会发现，锰的氧化依然是光合感化必不成少的一个环节。在植物的叶绿体中，有着良多含锰的催化剂。在催化过程中，它们先为光合感化供给电子，然后又从四周的水中把电子“捞回”来，从而恢回复复兴形（这恰是催化剂的本意，它虽介入化学反映，但反映一完，就恢回复复兴形）。而恰是在这些含锰催化剂从水分子中篡夺电子的过程中，水被分化了，发生了我们呼吸的氧气。
所以进化史上发生的工作可能是如许：早期的一些细菌以锰为能源进行光合感化，但因为锰是一种相对比力稀缺的资本，不成能在任何处所都能找到，所今后来它们就进化出了一种分歧的策略。它们爽性把锰“整合”到本身的叶绿体内（也就是叶绿体中那些含锰催化剂），看成可随身携带、不竭充电的“电池” 。这个“电池”一边为光合感化耗损失落电子，一边又从情况中此外、更充足的物质中“掠取”电子。这个更充足的物质就是水。