早在人类学会利用太阳能之前，光合作用者就已经领先一步了。我们的第一次尝试发生在不到 3000 年前，当时古希腊人建造了放大镜来聚集光线以生火。到那时，其他生命形式已经将这些相同的射线转化为化学能，已经有 35 亿年的历史了。阳光下真的没有新事物。
这个过程称为光合作用，对地球上几乎所有生命都至关重要。生产者（最熟悉的是植物，还有藻类和蓝细菌）利用它来制造自己的食物，然后它们又成为食物链上层生物的食物。
细胞生物学家 Geoffrey McFadden wro 在《植物生理学》发表的一项研究中写道：“值得注意的是，产氧光合作用的起源仅次于生命的起源本身。”
什么是光合作用？
简而言之，光合作用就是植物构建自身的方式。与追逐食物的其他生物不同，它们只是沐浴在阳光下。对于像我们这样需要精心呵护的生物来说，这似乎是魔法，仿佛它们在自力更生，凭空出现。
更令人惊讶的是，光合作用只需要三种成分。它从水（植物通过根系吸收）和二氧化碳（它们通过叶片上的气孔吸收）开始。一旦 H2O 和 CO2 结合，植物只需加入一点阳光，哇——无生命的物质就活了。
光合作用的第一个迹象来自英国神职人员兼科学家约瑟夫·普里斯特利的实验。1774 年，他在一个密封的钟罩里点燃了一支蜡烛，直到蜡烛耗尽了其看不见的——直到那时还不为人知的——燃料。然后他放了一小枝薄荷进去，发现几天后空气又可以支持燃烧了。他推断植物会产生某种重要的物质，我们现在称之为氧气。在那十年晚些时候，荷兰医生简·英格豪斯证明光是这项操作必不可少的。
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光合作用在哪里进行？
植物细胞充满了称为叶绿体的细胞器，而叶绿体又充满了称为叶绿素的色素（正是它使植物呈现绿色）。正是这些叶绿素分子吸收阳光并将其应用于光合作用，将光子的能量引向对生物体有用的方向。大多数光合作用发生在叶片中，因为它们接收到的阳光最多，但它也可以发生在茎、花甚至树皮中。
基因检测表明，叶绿体并非典型的细胞器。它们是古代蓝细菌的后代，这些蓝细菌很久以前就寄居在现代植物细胞的前体中，形成了 McFadden 所说的“非凡的伙伴关系”。（这种一个生物体寄居在另一个生物体内并使双方受益的现象称为内共生。）
McFadden 在研究中写道：“装备了叶绿体，早期植物就准备好殖民陆地并让地球变绿了。”
光合作用的产物是什么？
对植物来说，光合作用最重要的产物是糖。整个过程旨在将水和二氧化碳转化为富含能量的葡萄糖分子，植物随后可以利用这些分子来为其生长和其他细胞活动提供动力。
然而，对我们和其他动物来说，还有第二个幸运的产物：氧气。我们呼吸的空气中的主要成分是光合作用的副产品——对植物来说是一种需要处理掉的东西。来自全球数万亿叶绿体的数万亿氧分子，形成了支持地球庞大生态群落的生命维持大气。
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光合作用的方程式是什么？
光合作用极其复杂，但可以用一个简单的输入输出方程式来表示：它从 6 个二氧化碳分子和 6 个水分子开始，然后利用阳光将其转化为 6 个氧分子和一个葡萄糖分子。用化学式表示为：6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2。
更技术性地说，转化是如何进行的。有两个阶段。首先，在“光反应”中，叶绿体捕捉光子的能量，然后用它将水分子分解成氧原子和氢离子。如前所述，氧气会逸出以补充大气，现在你可以忽略它了。然而，氢离子继续帮助创建 ATP 和 NADPH，这些分子为下一阶段提供能量和电子。
其次，在卡尔文循环或“暗反应”（因为它不需要光子）中，ATP 和 NADPH 与二氧化碳结合。经过几个令人头昏脑胀的步骤，这个反应生成了另一种称为 G3P 的分子。两个 G3P 分子结合形成一个糖——构成植物的又一块砖。同时，会有一些 G3P 剩余以重新启动循环。
为什么光合作用很重要？
毫不夸张地说，没有光合作用我们就不存在了。如果明天一颗另一颗杀死恐龙的小行星撞击地球，其直接影响将是微不足道的；由于尘埃云使农作物无法获得阳光，饥荒将使死亡人数成倍增加。只有某些厌氧细菌——它们不依赖氧气，而是从地球化学产物中获取营养——才能生存下来。
除了在过去数十亿年里维持我们和我们的祖发生存之外，光合作用最近在全新的现代领域变得有用。例如，一些植物科学家希望优化其机制来培育更高产的作物，此外，它还能揭示复杂环境系统的运作机制。
根据日本研究人员 Ayumi Tanaka 和 Amane Makino 的说法，“光合作用现在是用于预测我们星球未来的模拟模型的组成部分。”
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文章来源
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植物生理学。叶绿体的起源和整合
植物学年鉴。光合作用：基础、历史和建模
美国国家医学图书馆。细胞分子生物学。第 4 版：叶绿体和光合作用
树木。树皮的光合作用
细胞出版社。内共生与真核细胞进化
大英百科全书。光合作用
化学谈话。光合作用——方程式、公式与产物
自由文本生物学。光反应
植物与细胞生理学。植物科学的光合作用研究
CABI 农业与生物科学。优化光合作用以实现可持续作物生产
