Без фотосинтеза запасы кислорода в атмосфере были бы ничтожно малы; не существовало бы ни растений, ни животных. На планете жили бы только микробы, влачащие жалкое существование в первичном бульоне из минералов и углекислого газа. Фотосинтез снял все эти ограничения, а выработанный в процессе кислород подготовил почву для возникновения более сложных форм жизни.

До появления фотосинтеза жизнь была представлена одноклеточными микробами, источниками энергии которых являлись химические вещества (сера, железо и метан). Затем примерно 3,4 миллиарда лет назад или даже раньше группа микробов развила в себе способность к получению солнечной энергии с целью образования необходимых для роста и питания углеводов. Пока неясно, как именно им это удалось. Однако генетические исследования показывают, что светоулавливающий аппарат развился из белка, чьей функцией являлась передача энергии между молекулами. Так возник фотосинтез.

Но ранняя версия фотосинтеза не вырабатывала кислород. В качестве исходных компонентов использовались сероводород и диоксид углерода, а конечными продуктами являлись углеводы и сера. Затем, спустя какое-то время (точные даты неизвестны), появился новый тип фотосинтеза, который пользовался другим ресурсом – водой, и в качестве побочного продукта выделял кислород.

В ранние дни на Земле кислород был ядовит для жизни. Он накапливался в атмосфере до тех пор, пока какие-то микробы не развили в себе толерантность к кислороду и не научились использовать его в качестве источника энергии. Это оказалось важным открытием: использование кислорода для сжигания углеводов в 18 раз эффективнее, чем в анаэробной среде.

Жизнь на Земле обзавелась нужным количеством энергии, создав условия для развития сложных многоклеточных форм жизни, включая растения, которые «позаимствовали» свой фотосинтетический аппарат у фотосинтезирующих бактерий (цианобактерий). Прямо или косвенно, но в наши дни фотосинтез производит почти всю энергию, используемую живыми организмами на Земле.

Кислород является не просто эффективным средством для сжигания топлива. При выделении кислорода в процессе фотосинтеза он помогает защитить жизнь. Земля находится под постоянным облучением смертельного ультрафиолетового излучения, исходящего от солнца. Побочным продуктом нашей насыщенной кислородом атмосферы является озоновый слой, простирающийся на 20–60 километров над поверхностью Земли. Именно он отфильтровывает большую часть вредного ультрафиолета. Такой защитный купол позволил жизни выйти из безопасного океана и колонизировать сушу.

Рис. 5.2. Мир, пригодный для животных: в процессе фотосинтеза вырабатывается кислород, которым мы дышим.

Сейчас почти каждый биохимический процесс на планете так или иначе зависит от солнечной энергии.