光合作用
把光能轉化為化學能的生物學作用 / 維基百科,自由的 encyclopedia
光合作用也稱光能合成(英語:photosynthesis),是許多食物網基層的等生產者(自養生物)利用光能將水、二氧化碳或硫化氫等無機物轉變成可以儲存化學能的有機物(比如碳水化合物)的生物過程[1]。根據化學反應所產生的副產品,光合作用可分為產氧光合作用(oxygenic photosynthesis)和不產氧光合作用(anoxygenic photosynthesis)兩類,分別使用不同的感光色素(photopigment),而且會因為不同環境改變反應速率。通俗意義上的「光合作用」主要指產氧光合作用。
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自元古宙開始,地球生物圈主要以產氧光合作用為主。進行此類光合作用的生物(比如各種植物、綠藻和藍綠菌)主要依賴紫質衍生物——葉綠素作為反應中心的感光色素,主要吸收可見光譜中的紅色和藍色波段(不吸收綠光,因此呈現綠色),並以此將水和二氧化碳轉換為碳水化合物和氧氣,其理論最高能量轉換效率約為4.6-6%,實際效率僅有1.9-2.5%[2][3]。作為起始端的生產者,植物和藻類通過光合作用生產的有機物可以被其它異養生物攝入並消化,然後通過食物鏈將生物能傳遞給生態系統內的其它消費者。對大多數生物來説,這個過程是賴以生存的關鍵。而地球上的碳循環,光合作用是其中最重要的一環。
除此之外,許多厭氧微生物(比如綠硫細菌、紫細菌、酸桿菌和太陽桿菌)會進行不產氧光合作用,主要用菌綠素分解硫化氫獲取氫正離子和二氧化碳發生反應,並產生碳水化合物和硫。除此之外,鹽桿菌等古菌會用視黃醛和其視紫質衍生物來吸收綠光(因此呈現紫色)驅動跨膜蛋白中的離子泵並直接生產三磷酸腺苷和化學能,並不進行固碳反應。以視黃醛為基礎的光合作用很可能在太古宙早期就已經出現,是地球史上最早的一種利用日光生產有機物的生化現象(參見紫色地球假說)。