식물의 진화
광합성을 한 최초의 생물은 당시 대기 중에 산소가 함유되어 있지 않았으므로 혐기적인 물질 대사를 하였을 것이다. 따라서, 오늘날과 같이 산소호흡을 하며 광합성을 하는 녹색 식물은 진화의 과정상 뒤늦게 출현하였을 것으로 보인다. 빛에너지를 이용하여 최초로 유기물을 합성했던 생물은 단세포이며, 이 분열에 의해서 번식하는 분열식물(세균식물과 남조식물)이었다. 먼저 혐기성인 홍색황세균이나 녹색황세균 또는 홍색세균이 나타나서 물 대신 황화수소나 수소가스를 이용하는 광합성이 이루어졌으며, 후에는 물 분해에 의해 수소를 이용하는 광합성이 나타남으로써 그 결과 산소가 점차 대기 중으로 방출되었다. 그 후 이러한 광합성 세균으로부터 남조식물이 진화되어, 이들의 광합성에 의해 대기중에는 더 많은 양의 산소가 축적되었을 것으로 생각된다.
C4 식물
C3 식물은 고온, 건조, 낮은 formula_1농도, 질소가 부족한 토양 조건에서는 광호흡이 쉽게 일어나 formula_1를 고정하기 힘들어진다. 하지만, C4 식물은 이러한 가혹한 기후조건에 적응하여 formula_1를 고정하기 위한 회로를 따로 가지게 되었다. 낮은 온도에서는 별도의 formula_1 고정회로가 에너지를 불필요하게 소모하지만 건조한 조건에서는 생존에 바람직하게 된다. 작물 중 옥수수, 잡곡류가 C4 식물이며 벼나 밀은 C3식물이다. 잡초에도 C4 식물이 있는데 열대 지역에서는 C4 식물(잡초)이 C3 식물(작물)의 생장속도를 압도하기 때문에 잡초로 인한 피해 심각한 문제가 되어 경우에 따라서는 그 해 농사를 망치는 경우까지 있다고 한다. 이 때문에 일부 과학자들은 주요 작물에 없거나 잠재되어 있는 C4 관련 유전자를 활성화시켜 작물을 C4 식물로 만드는 연구를 하고 있다.