Los fotoautótrofos son organismos que pueden utilizar la energía luminosa de la luz solar y elementos (como el carbono ) de compuestos inorgánicos para producir materiales orgánicos necesarios para sostener su propio metabolismo (es decir, autotrofia ). Esta actividad biológica se conoce como fotosíntesis , y ejemplos de dichos organismos fotosintéticos incluyen plantas , algas y cianobacterias .
Los fotoautótrofos eucariotas absorben la energía de los fotones a través del fotopigmento clorofila (un derivado de la porfirina ) en sus cloroplastos endosimbiontes , que divide el agua y el dióxido de carbono para sintetizar carbohidratos que pueden metabolizarse más tarde para producir trifosfato de adenosina (ATP). Los fotoautótrofos procarióticos utilizan tanto clorofilas como bacterioclorofilas (que descomponen el sulfuro de hidrógeno en lugar de agua) presentes en los tilacoides citoplasmáticos que flotan libremente para producir carbohidratos o, en casos raros, utilizan derivados de la retina unidos a membranas, como las bombas de protones de bacteriorrodopsina , que capturan la luz para producirla directamente. ATP. La gran mayoría de fotoautótrofos conocidos realizan una fotosíntesis que divide las moléculas de agua para producir oxígeno como subproducto , mientras que una pequeña minoría (como las haloarqueas y las bacterias reductoras de azufre ) realizan la fotosíntesis anoxigénica .
La evidencia química y geológica indica que las cianobacterias fotosintéticas existieron hace unos 2.600 millones de años y que la fotosíntesis anoxigénica se había estado llevando a cabo desde mil millones de años antes. [1] La fotosíntesis oxigénica fue la fuente principal de oxígeno libre y condujo al Gran Evento de Oxidación hace aproximadamente 2,4 a 2,1 mil millones de años durante el límite Neoarqueano - Paleoproterozoico . [2] Aunque el final del Gran Evento de Oxidación estuvo marcado por una disminución significativa en la productividad primaria bruta que eclipsó los eventos de extinción, [3] el desarrollo de la respiración aeróbica permitió un metabolismo más energético de las moléculas orgánicas, lo que condujo a la simbiogénesis y la evolución de los eucariotas. , y permitiendo la diversificación de la vida compleja en la Tierra.
Los fotoautótrofos procarióticos incluyen cianobacterias , Pseudomonadota , Chloroflexota , Acidobacteriota , Chlorobiota , Bacillota , Gemmatimonadota y Eremiobacterota. [4]
Las cianobacterias son el único grupo procariótico que realiza la fotosíntesis oxigénica . Las bacterias fotosintéticas anoxigénicas utilizan fotosistemas similares a PSI y PSII , que son complejos de proteínas pigmentarias para capturar la luz. [5] Ambos fotosistemas utilizan bacterioclorofila . Existen múltiples hipótesis sobre cómo evolucionó la fotosíntesis oxigénica. La hipótesis de la pérdida establece que PSI y PSII estaban presentes en las cianobacterias ancestrales anoxigénicas a partir de las cuales evolucionaron las diferentes ramas de bacterias anoxigénicas. [5] La hipótesis de la fusión afirma que los fotosistemas se fusionaron posteriormente mediante transferencia horizontal de genes . [5] La hipótesis más reciente sugiere que PSI y PSII divergieron de un ancestro común desconocido con un complejo proteico codificado por un gen. Estos fotosistemas luego se especializaron en los que se encuentran hoy. [4]
Los fotoautótrofos eucariotas incluyen algas rojas , haptofitas , estramenópilas , criptofitas , clorofitas y plantas terrestres . [6] Estos organismos realizan la fotosíntesis a través de orgánulos llamados cloroplastos y se cree que se originaron hace unos 2 mil millones de años. [1] La comparación de los genes de los cloroplastos y las cianobacterias sugiere fuertemente que los cloroplastos evolucionaron como resultado de una endosimbiosis con cianobacterias que gradualmente perdieron los genes necesarios para vivir libremente. Sin embargo, es difícil determinar si todos los cloroplastos se originaron a partir de un único evento endosimbiótico primario o de múltiples eventos independientes. [1] Algunos braquiópodos ( Gigantoproductus ) y bivalvos ( Tridacna ) también desarrollaron fotoautotrofia. [7]