Name: how photosynthesis changed earth
Uploaded: 2026-03-12T13:57:27.000Z
Duration: 1 min 26 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Alabama Course of Study Science

9-12

Environmental Science

Earth's Systems

9-12.EVS.3.4

Origin of Photosynthesis

הפוטוסינתזה, התהליך שבו אורגניזמים פוטוסינתטיים ממירים אנרגיית אור לאנרגיה כימית, ככל הנראה החל לפני כ-3.5 מיליארד שנים.הצורה המוקדמת ביותר של פוטוסינתזה הייתה ככל הנראה אנוקסקסנית, תוך שימוש במספר תורמי אלקטרונים חלופיים, כגון גופרית מימן או ברזל ברזל, ושחררת גופרית או ברזל מחומצן במקום חמצן.מאוחר יותר, הציאנובקטריה פיתחה את היכולת לבצע פוטוסינתזה חמצנית באמצעות מים כתורם אלקטרונים ושחרור חמצן כתוצר לוואי.החמצן שהשתחרר על ידי ציאנובקטריה הגיב עם ברזל מומס באוקיינוסים, ויצר תחמוצות ברזל בלתי מסיסות שהתיישבו כצורות ברזל פספוסות בקרקעית הים.בינתיים, הציאנובקטריה יצרה מחצלות מיקרוביאליות שכבתיות, שהתאבנו בסופו של דבר לסטרומטוליטים.ככל שרוב הברזל המומס באוקיינוס התחמצן ושקיעות החמצן העיקריות באוקיינוסים הפכו רוויים יותר ויותר, חמצן חופשי הצליח בסופו של דבר להצטבר באטמוספירה.עלייה זו בחמצן האטמוספירי גרמה לאירוע החמצון הגדול לפני כ-2.4 מיליארד שנה, מה שאפשר חילוף חומרים אירובי ויצירת שכבת האוזון.

מקור הפוטוסינתזה

פוטוסינתזה מייצגת תהליך ביולוגי יסודי ששינה את אטמוספירה של כדור הארץ וסלל את הדרך לחיים מורכבים. האורגניזמים הפוטוסינתטיים הראשונים הופיעו לפני כ-3.4–3.8 מיליארד שנים, וניצלו אנרגיית אור לייצור תרכובות אורגניות. פוטוטרופים אנוקסקסניים אלו השתמשו בתורמי אלקטרונים כמו מימן גופרתי (H₂S) או ברזל ברזל (Fe²⁺), במקום מים, ולא שחררו חמצן מולקולרי (O₂) כתוצר לוואי. קבוצות שונות, כולל גופרית ירוקה וחיידקים סגולים, תרמו למגוון הפוטוטרופי המוקדם הזה.אבן דרך אבולוציונית משמעותית הייתה התפתחות פוטוסינתזה חמצנית על ידי ציאנובקטריה. מיקרואורגניזמים אלו השתמשו במים כתורם אלקטרונים, ויצרו חמצן מולקולרי כתוצר לוואי. ציאנובקטריה התיישבה בסביבות ימיות רדודות ויצרו מחצלות מיקרוביאליות נרחבות. עם הזמן, מחצלות אלו הצטברו משקעים ומשקעים, שהתבצרו לסטרומטוליטים — חלק מהעדויות העתיקות ביותר הידועות לחיים. ככל שרמות החמצן עלו מקומית, הוא הגיב עם ברזל מומס בשפע במי הים, ושוקע כתחמוצות ברזל. תחמוצות אלו שקעו בקרקעית הים, ויצרו תצורות ברזל פסים (BIFs), המשמשות כסמנים גאולוגיים מרכזיים לשינויים אטמוספריים מוקדמים.לאחר שרוב הברזל האוקייני התחמצן, עודף החמצן החל להתפשט לאטמוספירה, מה שהוביל לאירוע החמצון הגדול (GOE) לפני כ-2.4 מיליארד שנה. המעבר הזה שינה באופן דרמטי את הכימיה והביולוגיה של כדור הארץ. העלייה בחמצן האטמוספירי אפשרה את התפתחות הנשימה האירובית, שמספקת הרבה יותר אנרגיה מאשר חילוף חומרים אנאירובי. זה גם הוביל להיווצרות שכבת האוזון הסטרטוספירית (O₃), שהגנה על הכוכב מקרינה אולטרה-סגולה מזיקה ופתחה את הדרך להתפשטות החיים אל היבשה.בעוד שה-GOE קידם חדשנות אבולוציונית, הוא גם הביא לחץ חמצוני וגרם להכחדת אורגניזמים אנאירוביים רבים. עם זאת, הופעת הפוטוסינתזה החמצנית נותרה אחת ההתפתחויות האבולוציוניות המשמעותיות ביותר בהיסטוריה של כדור הארץ.

Photosynthesis represents a fundamental biological process that transformed Earth's atmosphere and paved the way for complex life. Emerging roughly ...

https://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/40720/40720_article_thumb_40720.jpg

Education

JoVE Core

Microbiology

מיקרוביולוגיה

Unit

יחידה

Microbial Evolution

אבולוציה מיקרוביאלית

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחי מפתח ומושגים

how photosynthesis changed earth

Photosynthesis changed Earth’s atmosphere and made complex life possible. It began about 3.4 to 3.8 billion years ago, when the first photosynthetic organisms used light energy to build organic compounds. These early organisms were anoxygenic phototrophs, which means they made food from light but did not release oxygen.

Early photosynthesis used hydrogen sulfide (H2S) or ferrous iron (Fe2+) as electron donors instead of water. Because of that, it did not produce molecular oxygen (O2) as a waste product. Green sulfur bacteria and purple bacteria were among the groups that helped shape this early phototrophic diversity.

A major turning point came with cyanobacteria and oxygenic photosynthesis. Cyanobacteria used water as the electron donor and released oxygen. They lived in shallow marine environments and formed large microbial mats. Over time, those mats trapped sediments and precipitates and later became stromatolites, which are some of the oldest evidence of life.

As oxygen built up in local waters, it reacted with dissolved iron in the sea. This formed iron oxides that sank to the seafloor and created banded iron formations, or BIFs. These rocks are important markers of early changes in Earth’s atmosphere and oceans.

After most of the iron in the oceans had been oxidized, oxygen began to enter the atmosphere. This led to the Great Oxidation Event, or GOE, around 2.4 billion years ago. The rise in oxygen changed Earth’s chemistry and biology in major ways.

More oxygen allowed aerobic respiration, which releases much more energy than anaerobic metabolism. It also helped form the stratospheric ozone (O3) layer, which protects life from harmful ultraviolet radiation. That protection helped set the stage for life to spread onto land.

The Great Oxidation Event also had harmful effects. Oxygen created oxidative stress and caused many anaerobic organisms to die out. Even so, the rise of oxygenic photosynthesis remains one of the most important events in Earth’s history.

How Photosynthesis Changed Earth

origin of cellular life

How Early Cells Got Their Start

Early cellular life began under the harsh conditions of early Earth, where simple chemicals could form more complex organic molecules. Experimental evidence supports the idea that RNA nucleotides, amino acids, and lipids could arise spontaneously in this environment. Volcanic activity, strong UV radiation, and an atmosphere with little or no free oxygen likely helped drive these reactions. Hydrothermal vents on the ocean floor are considered one likely setting for the first life forms. These...

origin of photosynthesis

Photosynthesis changed Earth’s atmosphere and made complex life possible. It began about 3.4 to 3.8 billion years ago, when the first photosynthetic organisms used light energy to build organic compounds. These early organisms were anoxygenic phototrophs, which means they made food from light but did not release oxygen. Early photosynthesis used hydrogen sulfide (H2S) or ferrous iron (Fe2+) as electron donors instead of water. Because of that, it did not produce molecular oxygen (O2) as a...

evolutionary processes in microbes

How Microbes Gain New Traits

Microbes gain new traits through fast genetic change. Their short generation times help evolution happen quickly. Mutation, horizontal gene transfer, recombination, and genetic drift all contribute to this process. Together, these mechanisms help microbial populations adjust to changing environments. Horizontal gene transfer, or HGT, moves genes between different species. It happens in three main ways: conjugation, transformation, and transduction. Conjugation requires direct cell-to-cell...

evolution of new traits in microbes

Microbial Adaptation in Changing Environments

Microbial adaptation in changing environments can happen very quickly. Microorganisms often evolve fast because they have large population sizes and short generation times. In the lab, these changes can sometimes be measured within days. Natural selection acts on standing genetic variation, which is the genetic diversity already present in a population. When conditions change, helpful traits can be kept and increased because they improve fitness. This lets microbes respond to new pressures...

evolution of microbial genome

Microbial Core and Pan-Genome Changes

Microbial genomes change through gene gain and gene loss. These changes help microbes adapt to new environments and to other organisms they live with. In many species, genome evolution is fast and ongoing. A key idea is the difference between the core genome and the pan-genome. The core genome is the set of genes shared by all sampled strains of a species. These genes support basic cell functions. For example, Salmonella enterica has about 2,800 core genes, although the exact number can change...

microbial phylogeny

Reading Microbial Family Trees

Reading microbial family trees helps scientists study how microorganisms are related. These trees are important in microbial ecology and taxonomy. They use molecular sequences such as DNA, RNA, or proteins to compare bacteria and archaea and trace genetic changes over time. A phylogenetic tree has tips, branches, and nodes. The tips are the species that are sampled or still alive. The branches show evolutionary paths, and branch length reflects the number of genetic changes between nodes.

phylogenetic species concept in microbiology

phylogenetic-species-concept-in-microbiology

How DNA Defines Microbial Species

The phylogenetic species concept helps define microbial species by looking at DNA and evolutionary relatedness. It focuses on shared ancestry and genetic traits that can be diagnosed in different organisms. This approach is especially useful in microbiology, where other species concepts often do not work well. Traditional morphological and biological species concepts rely on body form or reproduction. Those methods can fall short for microbes because many reproduce asexually, show little...

key terms and concepts

Explore how early photosynthesis, cyanobacteria, stromatolites, and the Great Oxidation Event transformed Earth’s atmosphere and enabled complex life.

How Photosynthesis Changed Earth | JoVE K12

JoVE Core Microbiology provides an engaging introduction to the microbial world and its influence on health, industry, and the environment. This comprehensive collection covers key concepts such as microbial structure, metabolism, genetics, and ecology. It introduces essential laboratory techniques and microscopy methods through visually engaging animations. Corresponding scientist-in-action videos bridge classroom concepts with real-world research and applications.

microbiology

Origin of Cellular Life

The origin of life on Earth is a complex and enigmatic event rooted in ancient biochemical processes and geological conditions. Experimental evidence ...

Soil Microbial Ecology

Soil microbial ecology is defined by highly diverse, spatially structured communities that drive nutrient cycling, organic matter turnover, and overall ...

Acid Mine Drainage

Mining activities that disturb sulfide-rich rocks, particularly those containing pyrite (FeS&#8322;), initiate a cascade of geochemical and ...

Microbial Corrosion

Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) is a significant form of material degradation caused by the metabolic activities of microorganisms. This ...

Microbial Bioremediation of Hydrocarbons

Bioremediation is an environmentally sustainable process that employs living organisms&#8212;primarily microorganisms&#8212;to degrade or neutralize ...

analysis-of-earthworm-populations-in-soil

Analysis of Earthworm Populations in Soil

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Using mustard, Lumbricus terrestris earthworm populations can be sampled ...

What is an Ecosystem?

Overview

An ecosystem is the interaction between all abiotic and biotic factors in an environment and can be classified as terrestrial or aquatic. ...

4. Engage in an evidence-based argument to explain how Earth's systems affect the biosphere and the biosphere affects Earth's systems over various amounts of time. Examples: Use data to make a claim that microbial life increases the formation of soil or that corals create reefs and argue that these processes can alter patterns of erosion and deposition along coastlines. Clarification: This discussion should consider Earth's geological history.

Ecological Disturbance

An ecological disturbance is a temporary disruption in the environment resulting from abiotic, biotic, or anthropogenic factors, causing a pronounced ...

Investigation of Disease Outbreaks

Multistate foodborne outbreaks pose significant public health risks and require meticulous investigation to identify sources and implement control ...

Biodeterioration

Biodeterioration refers to the unwanted alteration of materials caused by microorganisms&#8212;especially fungi&#8212;which damage both organic substrates ...

Igneous Volcanic Rock

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Igneous rocks are the products of cooling and crystallization of magma. Volcanic rocks ...

applications-of-gis-disaster-management-and-emergency-response

Applications of GIS: Disaster Management and Emergency Response

Geographic Information System (GIS) technology is essential for risk identification, action prioritization, and resource optimization in critical ...

5. Obtain, evaluate, and communicate information regarding how short-term and long-term natural cyclic fluctuations cause ecosystem change. Examples: Explain how the eruption of volcanoes alters global temperatures or how the El Niño-Southern Oscillation shifts weather patterns. Share information regarding how forest fires can cause deforestation which increases water runoff and soil erosion. Describe how hurricanes destroy dunes and increase coastal flooding.

9-12.EVS.3.5

How Photosynthesis Changed Earth

Description

Transcript

More videos by Standards