פוטוסינתזה היא אחד התהליכים החשובים ביותר בעולם החי. כמעט כל הצמחים הירוקים מבצעים סוג כלשהו של פוטוסינתזה – התהליך שבו נוצרים האנרגיה וחומרי התשמורת של הצמח ונפלט החמצן שאנו נושמים. חומרי התשמורת הללו הם בעיקר סיבים ועמילן, כלומר פחמימות (סוכרים) מרוכבות שתופסות מקום מרכזי בתזונה של בעלי החיים ובני האדם.
תהליך הפוטוסינתזה, המרכזי כל כך לחיי הצמח, משרת לא רק את הצמחים עצמם אלא את כל שרשרת היצורים שניזונים מהם באופן ישיר או עקיף. הסרטון הבא מציג את החשיבות הרבה של תהליך הפוטוסינתזה, ומתאר באופן כללי את הדרך שבה הוא מתרחש בתאי הצמח.
ההרצאה הועברה על ידי אמנדה אוטן במסגרת פרויקט TedEd
הכלורופלסט הוא האברון בתאי הצמחים שבו מתבצעת הפוטוסינתזה – כלומר תהליך ההתמרה של אנרגיית האור לאנרגיה כימית שהתא יכול לנצל. בדומה לאברון המיטוכונדריה, הקיים בתוך תאים של בעלי חיים, ישנן ראיות חזקות שמעידות שגם הכלורופלסט בא במקור מבקטריה שעברה תהליך של "אנדוסימביוזה" (מילולית: "שיתופיות פנימית". התהליך שבו יצור אחד מתקיים בתוך אחר) והשתלבה כרכיב בתא הצמח אחרי פרק זמן ארוך של אבולוציה משותפת.
מאחר שמדובר למעשה באברון נפרד שמקורו ביצור אחר, הכלורופלסט מתרבה באופן עצמאי על ידי חלוקה שמתבצעת בנפרד מחלוקת התא שבו הוא נמצא. עם זאת, בתאי הצמחים יש מנגנונים שמבקרים את חלוקת הכלורופלסט, כדי למנוע מצב שבו התא יסבול ממחסור או מעודף באברונים האלה.
צבעם הירוק של רוב הצמחים נובע מהכלורופלסט, או ליתר דיוק מפיגמנט בשם "כלורופיל" שנמצא בתוך האברון הזה. תפקידו של הכלורופיל הוא לאפשר לצמח לספוג את אור השמש, ולשם כך הוא בולע אור – בעיקר את האור הכחול והאדום – ומחזיר רק את האור הירוק, ומכאן צבעו.
אחת השאלות המעניינות בתחום שמחכות עדיין לתשובה היא מדוע הכלורופיל אינו בולע את כל הצבעים הנמצאים באור השמש, וכך מספק לצמח יותר אנרגיה. הרי לכאורה צמחים שחורים יהיו הרבה יותר יעילים מאחר שהם ינצלו את כל אורכי הגל של אור השמש המגיע אליהם ולא יסתפקו רק בחלקים מסוימים של הספקטרום. אף שאין תשובה חד-משמעית לשאלה הזו, ייתכן בהחלט שהפתרון טמון בתהליך האבולוציוני שבו התפתח הכלורופלסט.
כפי שצוין בסרטון, צמחים עושים שימוש בפחמן דו-חמצני (CO2), אנרגיית שמש ומים על מנת לייצר פחמימות שונות. תוצר לוואי נוסף של התהליך הזה הוא חמצן, וכך נסגר מעגל שבו בעלי החיים פולטים פחמן דו-חמצני, הצמחים משתמשים בו ומפיקים מחדש חמצן, ואותם בעלי חיים נושמים את החמצן ומשתמשים בו להפקת אנרגיה בתאי גופם.
למעשה, פוטוסינתזה היא הסיבה שבגללה קיים חמצן באטמוספרה של כדור הארץ – הוא מהווה בערך 21 אחוז ממנה. לפני 2.6 מיליארדי שנים בערך האטמוספרה הייתה עשירה בפחמן דו-חמצני ונטולת חמצן לחלוטין. בערך אז החלו להופיע האצות החד-תאיות הראשונות, שנקראו ציאנובטקריה, והן ביצעו תהליכי פוטוסינתזה והמירו פחמן דו-חמצני לחמצן. במשך מיליוני שנים מולקולות החמצן שנוצרו בדרך זו לא הגיעו ישירות לאטמוספרה אלא יצרו תגובות כימיות עם חומרים כמו ברזל ונלכדו בהם, עד שייצור החמצן התרחב לבסוף עד כדי כך שהכימיקלים השונים כבר לא יכלו לקשור את כולו והוא החל להשתחרר ולמלא את האטמוספרה.
האירוע הפרהיסטורי הזה שמקורו בתהליך הפוטוסינתזה, שהתרחש לפני כמעט 2.5 מיליארד שנים, יצר את אחד התנאים המרכזיים שאפשרו לאחר מכן את התפתחותן של צורות חיים הזקוקות לחמצן כדי לייצר אנרגיה, ובסופו של דבר מהן התפתחנו גם אנחנו.