Как питались первые живые организмы? Что такое фотосинтез?

Коротко: самые первые организмы жили без кислорода и без «еды» в привычном смысле. Они получали энергию либо из химических реакций неорганических веществ (водорода, сероводорода, железа и т. п.), либо разлагали простые органические молекулы, которые уже попадались в среде. Фотосинтез — это уже следующий шаг эволюции: умение ловить свет и превращать его энергию в химическую, запасая её в органических соединениях. Ниже по порядку.

Как питались первые живые организмы

1. Анаэробные хемоавтотрофы у гидротермальных источников.
   Есть веские основания считать, что ранняя биосфера вращалась вокруг химической энергии, а не солнечной. На дне океана, у щелочных гидротермальных источников, из недр выходили H₂, H₂S, CO₂, Fe²⁺ и минеральные катализаторы. Древние микробы могли:

   • окислять водород (реакции «водородотрофии»), восстанавливая CO₂ до органики;

   • использовать серу/сульфид, железо(II) и другие восстановленные неорганические вещества как доноры электронов;

   • собирать углерод через «дешёвые» пути фиксации CO₂ (например, путь Вуда—Льюнгдаля/ацетил-КоА).
     Всё это шло без кислорода и с образованием протонных градиентов на мембранах — универсальный механизм синтеза АТФ, который унаследовали все.

2. Анаэробные брожения и «гетеротрофная» модель.
   Параллельно (или чуть позже) часть микробов питалась готовыми органическими молекулами, которые образовывались абиотически или выделялись другими микробами. Они получали энергию через брожение: расщепляли простые сахара/кислоты до более простых соединений (например, этанола, молочной кислоты), извлекая немного АТФ, опять же без кислорода.

3. Анаэробное дыхание (до появления O₂).
   Когда в среде были доступные акцепторы электронов вроде сульфата, нитрата или CO₂, микроорганизмы «дышали» ими:

   • сульфатредукторы восстанавливали SO₄²⁻ до сульфида;

   • метаногены восстанавливали CO₂ до CH₄, окисляя водород.
     Это давало больше энергии, чем брожение, но всё ещё в бескислородном мире.

4. Ранний фотосинтез — ещё без кислорода.
   Задолго до кислородной атмосферы появились бактерии, которые научились использовать свет, но не воду как источник электронов. Они брали H₂S, Fe²⁺ или H₂; кислород при этом не выделялся. Это так называемый аноксигенный фотосинтез (у пурпурных и зелёных серобактерий).

5. Кислородный фотосинтез и «кислородная революция».
   Позже цианобактерии придумали революционный трюк — забирать электроны у воды. Побочный продукт такого процесса — кислород. Постепенно (начиная около 2,4 млрд лет назад) это привело к Великому кислородному событию, после которого стало возможно высокоэнергетичное аэробное дыхание и усложнение жизни.

Что такое фотосинтез

Фотосинтез — это процесс, при котором организмы используют энергию света, чтобы:

• на «световых» стадиях возбудить электроны в специальных пигментах (хлорофиллы/бактериохлорофиллы), прогнать их по цепи переносчиков, создать протонный градиент и синтезировать АТФ и восстановитель (NADPH или его аналоги);

• на «тёмных» стадиях (например, цикл Кальвина у растений и цианобактерий) использовать АТФ и восстановитель, чтобы зафиксировать CO₂ и построить из него углеводы и другую органику.

По типам:

• Оксигенный фотосинтез (цианобактерии, водоросли, растения): донор электронов — вода, продукт — O₂. Упрощённая суммарная реакция:
  CO₂ + H₂O → [свет] → «углеводы» + O₂.

• Аноксигенный фотосинтез (ряд бактерий): доноры — H₂S, Fe²⁺, H₂ и др.; кислород не выделяется.

Смысл фотосинтеза в эволюции — открытие практически бесконечного источника энергии (солнечный свет) и углерода (CO₂). Это позволило биосфере резко увеличить биомассу и разнообразие, а в случае кислородного варианта — перестроило атмосферу и энергоэкономику жизни на Земле.