Alcuni organismi sono in grado di catturare l'energia dalla luce solare e utilizzarla per produrre composti organici. Questo processo, noto come fotosintesi, è essenziale per la vita in quanto fornisce energia sia ai produttori che ai consumatori. Gli organismi fotosintetici, noti anche come fotoautotrofi, sono organismi capaci di fotosintesi. Alcuni di questi organismi includono piante superiori, alcuni protisti (alghe ed euglena) e batteri.
Fotosintesi
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Ippocastano e sole.
Frank Krahmer / Getty Images
Nella fotosintesi, l'energia luminosa viene convertita in energia chimica, che viene immagazzinata sotto forma di glucosio (zucchero). I composti inorganici (anidride carbonica, acqua e luce solare) vengono utilizzati per produrre glucosio, ossigeno e acqua. Gli organismi fotosintetici utilizzano il carbonio per generare molecole organiche (carboidrati, lipidi e proteine) e costruire massa biologica. L'ossigeno prodotto come sottoprodotto della fotosintesi viene utilizzato da molti organismi, comprese piante e animali, per la respirazione cellulare. La maggior parte degli organismi si basa sulla fotosintesi, direttamente o indirettamente, per il nutrimento. Gli organismi eterotrofi (etero-, -trofici), come gli animali, la maggior parte dei batteri e i funghi, non sono in grado di fotosintesi o di produrre composti biologici da fonti inorganiche. In quanto tali, devono consumare organismi fotosintetici e altri autotrofi (autotrofi) per ottenere queste sostanze.
Organismi fotosintetici
Esempi di organismi fotosintetici includono:
- piante
- Alghe (diatomee, fitoplancton, alghe verdi)
- Euglena
- Batteri (cianobatteri e batteri fotosintetici anossigenici)
Fotosintesi nelle piante
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Questa è una micrografia elettronica a trasmissione colorata (TEM) di due cloroplasti visti nella foglia di una pianta di piselli Pisum sativum. La luce e l'anidride carbonica vengono convertite in carboidrati dal cloroplasto. Grandi siti di amido prodotti durante la fotosintesi sono visti come cerchi scuri all'interno di ciascun cloroplasto.
DR KARI LOUNATMAA / Getty Images
La fotosintesi nelle piante si verifica in organelli specializzati chiamati cloroplasti. I cloroplasti si trovano nelle foglie delle piante e contengono il pigmento clorofilla. Questo pigmento verde assorbe l'energia luminosa necessaria per la fotosintesi. I cloroplasti contengono un sistema di membrane interne costituito da strutture chiamate tilacoidi che fungono da siti di conversione dell'energia luminosa in energia chimica. L'anidride carbonica viene convertita in carboidrati in un processo noto come fissazione del carbonio o ciclo di Calvin. I carboidrati possono essere immagazzinati sotto forma di amido, utilizzati durante la respirazione o utilizzati nella produzione di cellulosa. L'ossigeno che viene prodotto nel processo viene rilasciato nell'atmosfera attraverso i pori nelle foglie delle piante noti come stomi.
Piante e ciclo dei nutrienti
Le piante svolgono un ruolo importante nel ciclo dei nutrienti, in particolare carbonio e ossigeno. Le piante acquatiche e le piante terrestri (piante da fiore, muschi e felci) aiutano a regolare il carbonio atmosferico rimuovendo l'anidride carbonica dall'aria. Le piante sono importanti anche per la produzione di ossigeno, che viene rilasciato nell'aria come prezioso sottoprodotto della fotosintesi.
Alghe fotosintetiche
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Si tratta di Netrium desmid, un ordine di alghe verdi unicellulari che crescono in lunghe colonie filamentose. Si trovano principalmente in acqua dolce, ma possono anche crescere in acqua salata e persino nella neve. Hanno una struttura tipicamente simmetrica e una parete cellulare omogenea.
Credito: Marek Mis / Science Photo Library / Getty Images
Le alghe sono organismi eucarioti che hanno caratteristiche sia delle piante che degli animali. Come gli animali, le alghe sono in grado di nutrirsi di materiale organico nel loro ambiente. Alcune alghe contengono anche organelli e strutture che si trovano nelle cellule animali, come flagelli e centrioli. Come le piante, le alghe contengono organelli fotosintetici chiamati cloroplasti. I cloroplasti contengono clorofilla, un pigmento verde che assorbe l'energia luminosa per la fotosintesi. Le alghe contengono anche altri pigmenti fotosintetici come carotenoidi e ficobiline.
Le alghe possono essere unicellulari o possono esistere come grandi specie multicellulari. Vivono in vari habitat tra cui ambienti acquatici salati e d'acqua dolce, terreno umido o su rocce umide. Le alghe fotosintetiche note come fitoplancton si trovano sia in ambienti marini che di acqua dolce. La maggior parte del fitoplancton marino è composta da diatomee e dinoflagellati. La maggior parte del fitoplancton d'acqua dolce è composta da alghe verdi e cianobatteri. Il fitoplancton galleggia vicino alla superficie dell'acqua per avere un migliore accesso alla luce solare necessaria per la fotosintesi. Le alghe fotosintetiche sono vitali per il ciclo globale di nutrienti come carbonio e ossigeno. Rimuovono l'anidride carbonica dall'atmosfera e generano oltre la metà della fornitura globale di ossigeno.
Euglena
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Euglena sono protisti eucarioti. Sono fotoautotrofi con cellule contenenti diversi cloroplasti. Ogni cellula ha un evidente punto rosso.
Gerd Guenther / Science Photo Library / Getty Images
Euglena sono protisti unicellulari nel genere Euglena. Questi organismi sono stati classificati nel phylum Euglenophyta con le alghe a causa della loro capacità fotosintetica. Gli scienziati ora credono che non siano alghe, ma hanno acquisito le loro capacità fotosintetiche attraverso una relazione endosimbiotica con le alghe verdi. In quanto tali, Euglena sono state collocate nel phylum Euglenozoa.
Batteri fotosintetici
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Il nome del genere per questo cianobatterio (Oscillatoria cyanobacteria) deriva dal movimento che fa in quanto si orienta verso la sorgente di luce più brillante disponibile, dalla quale ricava energia per fotosintesi. La colorazione rossa è causata dall'autofluorescenza di diversi pigmenti fotosintetici e proteine che raccolgono la luce.
SINCLAIR STAMMERS / Getty Images
I cianobatteri
I cianobatteri lo sono fotosintetico ossigenato batteri. Raccolgono l'energia del sole, assorbono anidride carbonica ed emettono ossigeno. Come le piante e le alghe, i cianobatteri contengono clorofilla e converte l'anidride carbonica in zucchero attraverso la fissazione del carbonio. A differenza delle piante eucariotiche e delle alghe, i cianobatteri sono organismi procarioti. Mancano di un nucleo legato alla membrana, cloroplasti e altri organelli presenti nelle piante e nelle alghe. Invece, i cianobatteri hanno una doppia membrana cellulare esterna e membrane tilacoidi interne piegate che vengono utilizzate nella fotosintesi. I cianobatteri sono anche in grado di fissare l'azoto, un processo mediante il quale l'azoto atmosferico viene convertito in ammoniaca, nitrito e nitrato. Queste sostanze vengono assorbite dalle piante per la sintesi di composti biologici.
I cianobatteri si trovano in vari biomi terrestri e ambienti acquatici. Alcuni sono considerati estremofili perché vivono in ambienti estremamente difficili come sorgenti calde e baie ipersaline. I cianobatteri Gloeocapsa possono persino sopravvivere alle dure condizioni dello spazio. Esistono anche cianobatteri come fitoplancton e può vivere all'interno di altri organismi come funghi (licheni), protisti e piante. I cianobatteri contengono i pigmenti ficoeritrina e ficocianina, responsabili del loro colore blu-verde. A causa del loro aspetto, questi batteri sono talvolta chiamati alghe blu-verdi, sebbene non siano affatto alghe.
Batteri fotosintetici anossigenici
Fotosintetico anossigenico i batteri lo sono fotoautotrofi (sintetizzano il cibo usando la luce solare) che non producono ossigeno. A differenza dei cianobatteri, delle piante e delle alghe, questi batteri non usano l'acqua come donatore di elettroni nella catena di trasporto degli elettroni durante la produzione di ATP. Invece, usano idrogeno, idrogeno solforato o zolfo come donatori di elettroni. I batteri fotosintetici anossigenici differiscono anche dai cianobaceria in quanto non hanno la clorofilla per assorbire la luce. Contengono batterioclorofilla, che è in grado di assorbire lunghezze d'onda della luce inferiori rispetto alla clorofilla. Pertanto, i batteri con batterioclorofilla tendono a essere trovati nelle zone acquatiche profonde dove le lunghezze d'onda della luce più brevi sono in grado di penetrare.
Esempi di batteri fotosintetici anossigenici includono batteri viola e batteri verdi. Le cellule batteriche viola hanno una varietà di forme (sferiche, bastoncelli, a spirale) e queste cellule possono essere mobili o non mobili. I batteri dello zolfo viola si trovano comunemente negli ambienti acquatici e nelle sorgenti sulfuree dove è presente l'idrogeno solforato e l'ossigeno è assente. I batteri viola non solforati utilizzano concentrazioni inferiori di solfuro rispetto ai batteri dello zolfo viola e depositano lo zolfo all'esterno delle loro cellule invece che all'interno delle loro cellule. Le cellule batteriche verdi sono tipicamente sferiche oa forma di bastoncello e le cellule sono principalmente non mobili. I batteri dello zolfo verde utilizzano solfuro o zolfo per la fotosintesi e non possono sopravvivere in presenza di ossigeno. Depositano lo zolfo al di fuori delle loro cellule. I batteri verdi prosperano in habitat acquatici ricchi di solfuri e talvolta formano fioriture verdastre o marroni.