过年回家给孩子讲什么？速通光合作用，看这一篇文章就够啦！

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光合作用不仅是生命起源和进化的关键驱动力，更是构建地球生态系统的基石，深刻影响着地球上每一个生命的轨迹。

光合作用

在地球生命的早期，太阳是唯一的能量源泉，而生命在无氧的环境中艰难求生。早期的光合细菌为了获取能量，开启了光合作用的雏形。由于水分子分解需要很强的氧化作用，它们便利用更易释放电子的有机物或硫化物作为电子来源。在硫化氢、甲烷等丰富的气体环境中，这些光合细菌以独特的方式从太阳汲取能量，在无氧的世界里艰难地延续着生命的火种。



直到大约 35 亿年前，蓝细菌的出现，彻底改变了地球生命的格局。蓝细菌利用水和二氧化碳制造有机物并释放氧气，这一变革性的光合作用过程，原材料水几乎取之不尽。经过十多亿年的漫长积累，氧气在大气中的浓度逐渐上升，引发了地质史上著名的大氧化事件。对于大部分厌氧生物来说，氧气如同致命的毒气，大量厌氧生物因此灭绝。然而，这一危机也成为了生命进化的契机，催生了适应有氧环境的生物，开启了生命演化的新篇章。
随着氧气浓度的阴唇粉嫩提升，细胞结构也在持续演变。在生存竞争的压力下，细胞逐渐演化出细胞核，始祖真核生物就此诞生。距今十几亿年前，始祖真核生物在一次觅食过程中，与一种需氧的较小原核生物展开了一场奇特的 “共生之旅”。



两者相互争斗后发现彼此无法消灭对方，被吞噬的原核生物发现新环境安全，便与始祖真核生物展开合作，最终融合为同一物种，原核细胞演变成了线粒体。之后，已经与线粒体共生的原核生物又吞噬了具有光合作用技能的蓝细菌，蓝细菌也与原核生物达成共生关系，逐渐演变成了叶绿体，形成了早期的绿藻和红藻。
后来，绿藻和红藻又被其他生物吞噬，形成二次共生，硅藻、褐藻等自养生物便起源于此。拥有自养能力后，植物的进化方向转变为争夺阳光和水分，它们将根深深扎入地下吸收水分和营养，同时努力向上生长争取更多阳光，让地球逐渐变得绿树成荫、繁花似锦。



光合原理

光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，它们紧密协作，共同完成了从光能到化学能的神奇转化。
光反应在有光的条件下进行，光在这里扮演着能量提供者的关键角色。水则负责提供电子，引发后续一系列反应，而能量的作用就是将电子激发出来。这一过程类似于物理上的光电效应。



光子激发光系统二，使其中叶绿素的电子被激发并传递给内膜体膜蛋白，此时叶绿素变成叶绿素离子，其强烈的电子需求使其从水分子中夺取电子。水分子失去电子后，氢元素变成氢离子，氧原子脱离，两个氧原子结合形成氧气分子，被释放到空气中。
暗反应不需要光的参与，在叶绿体基质中悄然进行，利用光反应的产物，整个过程也叫卡尔文循环。离开循环有两个去向，一部分参与呼吸作用为植物供能，另一部分被储存或用于合成植物的不同结构，如合成葡萄糖，葡萄糖的多聚体一部分形成细胞壁，一部分变成淀粉，还有一部分经过新陈代谢变成脂肪，储存在植物种子中，未聚合的葡萄糖使水果变得香甜，吸引动物帮助传播种子。



光合作用构建地球生态基石

通过光合作用，植物占据了地球生物圈的最大份额。这些能够利用无机物构建自身并提供能量的生物，包括植物和其他能进行光合作用的微生物，被统称为自养生物，它们是整个生物圈真正的生产者。植物通过光合作用，将太阳能转化为化学能储存起来，为自身生长发育提供能量，同时也为其他生物提供了食物来源和氧气。



与自养生物相对的，是包括人类在内，靠吃其他生物生存的异养生物，我们是地球的消费者。生产者和消费者共同构建了地球上纷繁复杂的生物圈，彼此相互影响、相互促进。植物通过光合作用制造的有机物和释放的氧气，是消费者生存的基础；而消费者的呼吸作用产生的二氧化碳，又为生产者的光合作用提供了原料。
光合作用，从起源之初的艰难探索，到进化过程中的阴唇粉嫩变革，再到如今精妙复杂的光合原理，以及对地球生态系统的深远影响，它是一部波澜壮阔的生命史诗。它见证了生命的诞生、发展与繁荣，是地球上所有生命得以延续的根本保障。



文章来源：三个老爸实验室