Sebbene possano sembrare molto diversi o anche meno sofisticati a prima vista, i procarioti hanno almeno una cosa in comune con tutti gli altri organismi: hanno bisogno di carburante per alimentare le loro vite. I procarioti, che includono organismi nei domini Batteri e Archaea, sono molto diversi quando si tratta del metabolismo o delle reazioni chimiche che gli organismi usano per produrre carburante.

Ad esempio, una categoria di procarioti, chiamata estremofili
, prosperano in condizioni che cancellerebbero altre forme di vita, come l'acqua surriscaldata delle aperture idrotermali nelle profondità dell'oceano. Questi batteri solforati gestiscono bene temperature dell'acqua fino a 750 gradi Fahrenheit e ottengono il loro combustibile dal solfuro di idrogeno che si trova nelle prese d'aria.

Alcuni dei procarioti più importanti si affidano alla cattura di fotoni per produrre il loro combustibile attraverso la fotosintesi . Questi organismi sono fototrofi.
Cos'è un fototrofio?

La parola fototrofio
fornisce il primo indizio che rivela ciò che rende importanti questi organismi. Significa "nutrimento leggero" in greco. In parole povere, i fototrofi sono organismi che ottengono la loro energia da fotoni o particelle di luce. Probabilmente sai già che le piante verdi usano la luce per produrre energia attraverso la fotosintesi.

Tuttavia, questo processo non è limitato alle piante. Molti organismi procariotici ed eucariotici eseguono la fotosintesi per produrre il proprio cibo, compresi i batteri fotosintetici e alcune alghe.

Mentre la fotosintesi è simile tra tutti gli organismi che lo fanno, il processo di fotosintesi batterica è meno complicato della fotosintesi delle piante.
Che cos'è la clorofilla batterica?

Proprio come le piante verdi, i batteri fototrofici usano i pigmenti per catturare i fotoni come fonti di energia per la fotosintesi. Per i batteri, si tratta di batterioclorofille che si trovano nella membrana plasmatica (piuttosto che nei cloroplasti come i pigmenti clorofillici delle piante).

I batterioflorofille esistono in sette varietà conosciute, etichettate a, b, c, d, e, c _{s o g. Ogni variante è strutturalmente diversa e quindi in grado di assorbire un tipo specifico di luce dallo spettro, che va dalla radiazione infrarossa alla luce rossa alla luce molto lontana. Il tipo di batterioclorofilla contenuta in un batterio fototrofico dipende dalla sua specie. Passaggi nella fotosintesi batterica}

Proprio come la fotosintesi vegetale, la fotosintesi batterica si manifesta in due fasi: reazioni luminose e reazioni oscure.

Nello stadio della luce
, le batterioclorofille catturano i fotoni. Il processo di assorbimento di questa energia leggera eccita la batterioclorofilla, innescando una valanga di trasferimenti di elettroni e alla fine producendo adenosina trifosfato (ATP) e nicotinamide adenina dinucleotide fosfato (NADPH).

Nello stadio oscuro
, quelle molecole ATP e NADPH sono utilizzate nelle reazioni chimiche che trasformano l'anidride carbonica in carbonio organico attraverso un processo chiamato fissazione del carbonio.

Diversi tipi di batteri producono carburante fissando il carbonio in modi diversi usando una fonte di carbonio come il carbonio diossido. Ad esempio, i cianobatteri usano il ciclo di Calvin. Questo meccanismo utilizza un composto con cinque carboni chiamato RuBP per catturare una molecola di anidride carbonica e formare una molecola con sei carboni. Questo si divide in due parti uguali e una metà esce dal ciclo come una molecola di zucchero.

L'altra metà si trasforma in una molecola con cinque carboni, grazie alle reazioni che coinvolgono ATP e NADPH. Quindi, il ciclo ricomincia. Altri batteri si basano sul ciclo inverso di Krebs, che è una serie di reazioni chimiche che utilizzano donatori di elettroni (come idrogeno, solfuro o tiosolfato) per produrre carbonio organico dai composti inorganici anidride carbonica e acqua.
Perché i fototrofi sono importanti?

I fototrofi che usano la fotosintesi (chiamati fotoautotrofi
) formano la base della catena alimentare. Altri organismi che non sono in grado di eseguire la fotosintesi ottengono il loro combustibile usando gli organismi fotoautotrofici come fonte di cibo.

Poiché non possono convertire la luce in combustibile da soli, questi organismi semplicemente mangiano gli organismi che fanno e usano il loro corpi come fonte di energia. Poiché il fissaggio al carbonio utilizza l'anidride carbonica per produrre carburante sotto forma di molecole di zucchero, i fototrofi aiutano a ridurre l'eccesso di anidride carbonica nell'atmosfera.

I fototrofi possono persino essere responsabili dell'ossigeno libero nell'atmosfera che consente di respirare e prosperare sulla Terra. Questa possibilità - chiamata Grande Evento di Ossigenazione - propone che i cianobatteri che eseguono la fotosintesi e rilasciano ossigeno come sottoprodotto alla fine abbiano prodotto troppo ossigeno per essere assorbito dal ferro nell'ambiente.

Questo eccesso è diventato parte dell'atmosfera e ha modellato l'evoluzione sul pianeta da quel punto in poi, consentendo agli umani di emergere alla fine.