“事實”這兩個字常會讓生物學家感到膽怯，因為每個生物法則通常都有一大堆例外。不過有件和光合作用有關的事情卻十分確定，那就是事實上光合作用隻進化了一次。所有的藻類和植物體內都有光合作用的基地，也就是葉綠體。它們無所不在，而且彼此都有親戚關係，因此它們一定有不為人知的共同過去。尋找葉綠體過去的線索，首先要看它們的大小和形狀，葉綠體看起來就像小細菌住在一個較大的宿主細胞裏一樣(見圖3.2)。後來科學家又在所有葉綠體裏麵都找到了一個獨立的環狀DNA鏈，進一步確定了葉綠體的祖先應該是細菌。每當葉綠體分裂的時候，這個環狀DNA就會跟著複製，然後像細菌一樣把它們傳給下一代。根據葉綠體DNA測序的數據結果，科學家不僅確定了它們與細菌的關係，更進一步找出和葉綠體最近的細菌親戚，那就是藍細菌。最後，植物體內光合作用的Z型反應的那五個步驟，和藍細菌的一模一樣(不過藍細菌的反應機構比較簡單)。總而言之，葉綠體過去一定是一種獨立生活的藍細菌。
圖3.2 典型的甜菜葉綠體照片。圖中堆棧成一層一層的膜狀構造，稱為類囊體，光合作用就是在此把水分解，釋放出氧氣。葉綠體長得像細菌並非偶然，它們確實曾經是獨立生活的藍細菌。
藍細菌過去有個美名，叫作藍綠藻，可惜這是錯誤的名稱。藍細菌是現今唯一已知可以通過產氧光合作用把水分子拆開的細菌。它的某些家族成員到底是何時開始住進較大的宿主細胞的，至今仍是個無解之謎，被埋藏在長遠的地質時間裏，但毫無疑問，一定超過10億年了。我們猜想或許是某一天，細菌被宿主細胞吞噬但沒有被消化掉(這並不罕見)，日後變成對宿主有用的小東西。那些吞掉藍細菌的宿主細胞，後來發展成為兩個帝國，一個是植物，另一個是藻類。如今它們的特征就是依賴陽光和水生存，而它們進行光合作用的工具也都來自過去本是客人的細菌。