안녕하세요.
질문해주신 광합성 세균은 식물처럼 엽록체를 가지고 있지 않지만, 세포막 또는 세포막에서 유래한 내막 구조에 광합성에 필요한 단백질과 색소를 배열해 빛 에너지를 포획합니다. 즉 식물은 엽록체 안의 틸라코이드 막에서 광합성을 하지만, 광합성 세균은 세포 내부 막 구조 자체가 광합성 장소 역할을 하는 경우가 많은데요, 식물은 주로 엽록소를 사용하지만, 많은 광합성 세균은박테리오클로로필이라는 색소를 사용합니다. 이 색소는 식물 엽록소와 구조가 비슷하지만 흡수하는 빛의 파장이 달라, 가시광선뿐 아니라 더 긴 파장의 빛까지 활용할 수 있는데요, 그래서 빛이 약하거나 특정 파장만 도달하는 호수 깊은 곳, 퇴적층 등에서도 광합성이 가능합니다. 또한 카로티노이드같은 보조 색소를 사용해 광에너지를 흡수하거나 강한 빛으로부터 세포를 보호하기도 합니다.
광합성 세균은 크게 산소발생형과 비산소발생형으로 나눌 수 있는데요, 산소발생형의 대표는 남세균입니다. 이들은 식물처럼 물을 전자 공여체로 사용하며, 물을 분해하는 과정에서 산소를 방출하는데요, 광계 I과 광계 II라는 두 광계 시스템을 이용해 효율적으로 전자를 이동시키고 에너지를 생산합니다. 실제로 식물의 엽록체는 진화적으로 오래전 시아노박테리아가 다른 세포 안에 공생하면서 형성된 것으로 보는 세포내 공생설이 널리 받아들여지며, 식물의 광합성은 조상 격인 남세균의 광합성 시스템을 계승한 것으로 볼 수 있습니다.
반면 비산소발생형 광합성 세균은 황화수소, 수소, 철 이온 같은 물질을 전자 공여체로 사용하며, 물을 분해하지 않기 때문에 산소를 만들지 않습니다. 예를 들어 녹색황세균이나 자색세균은 황화수소를 사용하면서 황을 생성하기도 하는데요, 이들은 보통 하나의 광계만 이용하며 에너지 획득 방식도 비교적 단순합니다. 진화적으로 보면 비산소발생형 광합성이 먼저 등장했을 가능성이 높다고 여겨집니다. 초기 지구는 산소가 거의 없고 황화수소나 철 이온이 풍부했기 때문에, 이런 물질을 이용하는 광합성이 더 유리했을 것입니다. 이후 물을 전자 공급원으로 사용하는 산소발생형 광합성이 등장하면서 대량의 산소가 축적되었고, 이는 약 24억 년 전의 대산소화 사건 으로 이어져 지구 환경과 생명 진화를 크게 바꾸었으며, 산소 증가 덕분에 이후 복잡한 다세포 생물과 높은 에너지 효율의 호기성 대사가 발전할 수 있었습니다. 감사합니다.