Eureka! Odkrycie fotosyntezy

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 09:39

Pierwsza popularna teoria o życiu roślin pochodzi od jednego z najważniejszych uczonych w historii, starożytnego greckiego filozofa Arystotelesa. W czwartym wieku przed Chrystusem napisał, że rośliny odżywiają się, wchłaniając pożywki przez swoje korzenie. Jego praca była tak wpływowa na myśl Zachodu, że była to dominująca teoria na temat wzrostu roślin przez 2000 lat. Dopiero w XVI wieku, kiedy rozpoczęła się rewolucja naukowa w Europie, ludzie zaczęli przynajmniej próbować stosować racjonalne myśli do wielkich pytań dnia. A życie roślin w końcu zyskało znacznie bliższy wygląd.

Sadzenie nasion

Na początku XVII wieku chemik flamandzki Jan Baptista van Helmont przeprowadził eksperyment, który - jak sądził - miałby udowodnić, że teoria Arystotelesa jest błędna, co było niemal świętokradztwem. Van Helmont wysuszył dużą ilość ziemi w piecu (aby uzyskać całą wodę z niego, aby mógł zważyć samą glebę) i włożył 200 funtów (dokładnie) do dużego garnka. Następnie zasadził drzewko wierzbowe, które ostrożnie zważył, do doniczki.

Trzymał drzewo w kontrolowanym środowisku, aby upewnić się, że nie ma pożywienia z jakichkolwiek zewnętrznych źródeł. Podlewał go destylowaną i czystą wodą deszczową i utrzymywał glebę tak, aby nie mogły w nią wpaść żadne obce substancje. Po pięciu latach usunął drzewo z donicy, ponownie osuszył glebę i zważył zarówno glebę, jak i drzewo. Wynik: drzewo zyskało 164 funty - a gleba ważyła prawie dokładnie tyle samo, co pięć lat wcześniej. Jeśli teoria Arystotelesa była prawdziwa, gleba powinna być bardzo wyczerpana.

Van Helmont nie tylko udowodnił, że Arystoteles mylił się, ale także udowodnił swoją własną teorię: rośliny rosną poprzez ssanie wody przez korzenie i przekształcanie tej wody w tkankę roślinną. Tyle że teoria van Helmonta była również błędna. Ale nieważne: Ktoś kopnął wielkiego Arystotelesa w krawężnik, a dzięki temu wprowadził zupełnie nową erę botaniki.

Premia: W 1630, w innym eksperymencie, van Helmont spalił 62 funty węgla drzewnego wykonanego z drewna w zamkniętym pojemniku. Potem zważył popiół: ważył tylko jeden funt. Gdzie się podziały pozostałe 61 funtów? Van Helmont wywnioskował, że część węgla drzewnego stała się "dzikim duchem" lub "gazem", słowem, które wymyślił z greckiego słowa "chaos". I chociaż nazwał to "gazem drzewnym", van Helmont rzeczywiście odkrył dwutlenek węgla. I to odkrycie miało okazać się szczególnie cenne dla naukowców w przyszłości.

Czas antenowy

W tamtych dniach wiadomości podróżowały znacznie wolniej; Potrzeba było 50 lat, aby udowodnić, że teoria wodonośnej teorii van Helmont była błędna, a kolejne 50 lat później, zanim nastąpił kolejny wielki skok w naukach o roślinach.

W latach dwudziestych XVII wieku brytyjski fizjolog Stephen Hales, który już wyrobił sobie nazwisko w badaniach nad zwierzętami, zaczął eksperymentować z roślinami. W jednym z nich Hales przywiązał długie szklane rurki (o średnicy 1/4 cala) do końców odciętych gałęzi roślin i zmierzył, w jakim stopniu sok można popchnąć do góry (stwierdzono na przykład, że winorośl mogłaby popchnąć sok na wysokość prawie 25 stóp). Ale Hales zauważył coś jeszcze podczas swoich eksperymentów: Bąbelki często pojawiały się w soku, co oznaczało, że rozgałęzione gałęzie emitowały powietrze, a także sok. To, wraz z innymi dowodami, które zgromadził w latach eksperymentów, skłoniło Halesa do przekonania, że rośliny pochłaniają i wydalają powietrze - tak naprawdę "oddychają" na swój własny sposób. Nie po raz pierwszy pomysł ten został zaproponowany, ale po raz pierwszy zaproponował to wybitny naukowiec. Inni naukowcy pracowali nad tą teorią przez następne dziesięciolecia, ale z niewielkim powodzeniem.

Minęło kolejne 50 lat. Następnie, w latach siedemdziesiątych XVII wieku, brytyjski naukowiec Joseph Priestley postanowił kontynuować tam, gdzie Hales odszedł - i stał się jednym z najważniejszych odkryć w historii botaniki.

Atak gazowy

W tym czasie wiadomo było, że zapalona świeca z umieszczonym nad nią słojem wkrótce zgaśnie (z powodu braku tlenu, chociaż nie było to wówczas zrozumiałe). Priestley rozwinął eksperyment i odkrył, że mysz z umieszczonym nad nim słojem wkrótce straci przytomność i, jeśli pozostanie w słoiku zbyt długo, umrze. Teorią, która wyjaśniała to zjawisko w tamtym czasie, był ogień, a oddychająca mysz w jakiś sposób "zanieczyszczała" powietrze, czyniąc ją coraz mniej czystą.

Ale o wiele ważniejsze było następne odkrycie Priestleya. Jeśli umieści roślinę żywą pod słojem z zapaloną świecą, świeca pali się dłużej niż normalnie. A jeśli umieści roślinę pod słojem z myszką, mysz przetrwa nawet cztery razy dłużej niż bez rośliny. To, jak można sobie wyobrazić, było zdumiewającym odkryciem.Nie zdając sobie z tego sprawy, Priestley odkrył, że rośliny emitują tlen. (Chociaż faktycznie, tlen nie został właściwie zidentyfikowany przed kilkoma laty po eksperymentach Priestleya.)

Oto nadchodzi Słońce

Eksperymenty Priestleya udowodniły, że rośliny zrobiły coś do powiedzenia. Nikt nie wiedział co, ale był to ogromny krok naprzód i zaledwie kilka lat później, w 1778 roku, holenderski lekarz Jan Ingenhousz powtórzył eksperymenty Priestleya, ale tym razem z dodatkowym, genialnym elementem: trzymał trochę słoików i roślin w ciemności i wystawił innych na działanie promieni słonecznych. Dzięki tym eksperymentom Ingenhousz odkrył, że świeca będzie palić dłużej, a mysz zostanie przywrócona dzięki roślinie w słoiku … tylko wtedy, gdy roślina zostanie wystawiona na działanie bezpośredniego światła słonecznego. Udowodniono, że rośliny zrobiły coś, co mogło być w powietrzu, ale tylko dzięki słońcu. Nauka znów się odwróciła.

Ingenhousz kontynuował swój genialny eksperyment, próbując pogodzić jego wnioski z nie tak genialną teorią, która istniała od połowy 1600 roku. Powiedział, że to, co robią rośliny w jego eksperymencie, oczyszcza powietrze z nieczystości znanej jako flogiston, która rzekomo była wytwarzana przez ogień i oddychające stworzenia, między innymi. (Teoria flogistonu miała na celu wyjaśnienie procesów utleniania, takich jak ogień i rdza). Więc znowu super-mądry naukowiec (na swój czas) był w błędzie. Antoine Lavoisier, francuski chemik, który wcześniej zidentyfikował tlen jako element, obalił teorię flogistonu, udowadniając zamiast tego, że to, co faktycznie robią rośliny, emituje tlen do powietrza.

Jeden z dwóch nie jest zły

Minęło prawie 2000 lat, odkąd Arystoteles dokonał naukowej próby zrozumienia roślin i prawie 200 lat, odkąd Jan Baptista van Helmont zdemaskował Arystotelesa i zapoczątkował nowoczesną erę botaniki. W tym momencie ostatnie kroki zmierzające do zrozumienia przynajmniej podstawowej wiedzy z zakresu fotosyntezy były tuż za rogiem. Odtąd sprawy zaczęły się dość szybko.

Następne ważne pytanie brzmiało: jeśli rośliny emitowały tlen, skąd pochodzi? Na to pytanie odpowiedziano w 1782 r., Kiedy szwajcarski botanik Jean Senebier, rozwijając eksperymenty Ingenhousza, po raz pierwszy udowodnił, że rośliny pochłaniają dwutlenek węgla z powietrza i rozbijają go. Powiedział, że to stąd pochodzi tlen. (Zły znowu, ale upłynęło sporo czasu, zanim ta konkretna teoria została obalona.) Z drugiej strony, Senebier był również w stanie pokazać, że to zielone części roślin, a nie nie-zielone części, takie jak kwiaty, który to zrobił. To była ta część, którą dostał w prawo.

A więc: Rośliny pochłaniają dwutlenek węgla, wykorzystują energię słoneczną do rozbicia, przekształcają węgiel w dwutlenek węgla w tkankę roślinną i emitują tlen.

Eureka!

Ostatni naprawdę duży kawałek układanki fotosyntezy dotarł wreszcie w 1804 r. Dzięki uprzejmości szwajcarskiego chemika Nicolasa de Saussure'a, który udowodnił, że węgiel, który roślina otrzymała z pochłoniętego dwutlenku węgla, prawdopodobnie nie byłby wystarczający, aby uwzględnić wzrost błonnika roślinnego. Musiało w tym być coś jeszcze - i zaproponował, że to woda (którą botanicy już wiedzieli, została zaabsorbowana przez rośliny przez ich korzenie). Wykazał również, że rośliny zależą od pochłaniania azotu z gleby. Miał rację w obu przypadkach.

Wieki pytań, eksperymentów, niepowodzeń i sukcesów wreszcie się opłaciły, a podstawowy proces, w którym rośliny osiągnęły poziom odżywienia i wzrostu, został wreszcie zrozumiany. W ciągu następnych lat pojawiło się wiele szczegółów (zwłaszcza odkrycie chlorofilu - materiału wewnątrz komórek roślinnych, który dokonuje rzeczywistego przekształcenia światła słonecznego w energię - i które sprawia, że rośliny są zielone), ale ostatecznie odkryto podstawowy proces.