Hvordan udviklede planter fotosyntesen?
Da den sidste Apollo-mission var på vej til Månen for fire årtier siden, tog en af astronauterne et øjebliksbillede, der er blandt de mest berømte i NASA’s historie. Det er kendt som “den blå marmor”-fotografiet, fordi det viser Jorden, set fra ca. 28.000 miles afstand, som en lys, hvirvlende og overvejende blå kugle. Den dominerende farve var ikke overraskende – det er farven på oceanerne, som dækker næsten tre fjerdedele af planeten.
Men Jorden er næppe enestående med hensyn til at have vand. Det findes overalt i universet; selv den støvede nabo Mars, viser det sig nu, var engang oversvømmet.
Det, der adskiller Jorden fra de andre, er ikke farvet blå, men grøn, en grøn farve, der bedst kan opleves ikke fra rummet, men på tæt hold – i en nyklippet forstadsplæne, i liljekonvaler i en frødam, i en bevoksning af graner på en bjergside. Det er det grønne fra klorofyl og fotosyntesen.
Fotosyntesen er naturens måde at udnytte solenergi på, dens måde at udnytte al den lysenergi, der kommer fra solen. Moderne solceller gør dette med halvledere, og høsten består af elektroner, som strømmer efter at være blevet exciteret af lysfotonerne. I naturen bliver elektronerne exciteret i pigmentet klorofyl, men det er kun et første skridt. Energien lagres i sidste ende i de kemiske bindinger i sukkerstofferne, der sammen med ilt er produkterne af fotosyntesen.
Disse produkter omdannede Jorden, idet ilten sødede atmosfæren og sukkerstofferne gav føde. Sammen gav de mulighed for en lang og langsom opblomstring af liv, der til sidst omfattede mange organismer – blandt andet mennesker – som ikke kan lave fotosyntese.
Planter har brugt lyset på denne oprindelige måde i en stor del af Jordens eksistens. Men hvordan fik de evnen til at lave fotosyntese?
Det korte svar er, at de stjal den for omkring halvanden milliard år siden, da encellede organismer kaldet protister opslugte fotosyntetiserende bakterier. Med tiden blev de opslugte bakterier gennem overførsel af gener med hjælp fra en parasit en funktionel del af protisten, så den kunne omdanne sollys til næring. “De tre fik det til at ske”, siger Debashish Bhattacharya, evolutionær biolog fra Rutgers University. “Livets træ indebærer en masse opfindelse og tyveri.” En version af denne sollysdrevne, klorofylholdige lille maskine findes den dag i dag i planteceller. Den kaldes en kloroplast.
Videnskabsfolk er stadig ved at lære om den komplekse proces, der kaldes endosymbiose, hvorved en celle, som f.eks. en protist, af en eller anden grund absorberer andre levende væsener for at skabe noget helt nyt i biologien.
Genetiske analyser af alger, som Bhattacharya har foretaget, tyder på, at den centrale endosymbiotiske begivenhed, der gav planterne fotosyntesens motor, kun fandt sted én gang i vores planets tidlige historie hos en fælles forfader – en enkelt mikroskopisk protist, der gjorde grøn til den vigtigste farve på Jorden.
Dette seneste fund opfylder et grundlæggende videnskabeligt princip: Den enkleste forklaring er som regel den bedste. Ideen om, at endosymbiose skulle have fundet sted én gang – før protisterne divergerede og udviklede sig til forskellige arter – er langt mere fornuftig end alternativet: at endosymbiose gentog sig med hver ny fremspirende art.
At erhverve sig maskineriet til fotosyntese gav disse tidlige organismer en enorm evolutionær fordel, som de straks udnyttede. I løbet af de millioner af år, der fulgte, var denne evne til at udnytte solens energi med til at skabe den store mangfoldighed af levende væsener på planeten. Dengang, som nu, var lys lig med liv.