Еврика! Откриването на фотосинтеза

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 09:37

Първата популярна теория за растителния живот идва от един от най-важните учени в историята, древногръцкият философ Аристотел. Той пише в четвъртия век пр. Хр., Че растенията получават храна, като поглъщат хранителни почви през корените си. Неговата работа е толкова влиятелна върху западната мисъл, че това е преобладаващата теория за растежа на растенията в продължение на 2000 години. Едва през 1500-те, когато научната революция започна в Европа, хората започнаха да се опитват най-малкото да прилагат рационално мислене към големите въпроси на деня. Животът на растенията се оказа много по-отблизо.

Засаждане на семена

В началото на 1600-те, фламандският химик Ян Баптиста ван Хелмонт извършил експеримент, който смятал, че ще докаже, че теорията на Аристотел е погрешна - почти свещеническо нещо, което трябва да се направи по онова време. Ван Хелмон изсушава голямо количество почва в пещта (за да извади цялата вода от нея, за да може да тежи само на самата почва) и да постави 200 паунда (точно) в голям пот. След това засади в саксията фиданска върба, която също внимателно претегли.

Той държи дървото в контролирана среда, за да гарантира, че няма храна от външни източници. Той го напоява с дестилирана и чиста дъждовна вода и държи покритата почва, така че не могат да попаднат в нея чужди вещества. След пет години той извади дървото от саксията, отново изсуши почвата и претегли почвата и дървото. Резултат: Дървото е спечелило 164 паунда - и почвата е претеглена почти същите, както преди пет години. Ако теорията на Аристотел е вярна, почвата трябва да е била много изчерпана.

Ван Хелмон не само показа, че Аристотел греши, но също така доказа своята собствена теория: че растенията растат, като изсмукват водата през корените си и превръщат тази вода в растителна тъкан. Освен че теорията на Ван Хелмонт също беше погрешна. Но няма значение: Някой беше ритнал великия Аристотел на бордюра и по този начин беше въвел нова ера на ботаниката.

Бонус: През 1630 г., в друг експеримент, ван Хелмон изгори 62 килограма дървени въглища, изработени от дърво в затворен контейнер. След това тежеше пепелта: тежеше само един килограм. Къде бяха останали останалите 61 килограма? Ван Хелмон заключи, че някои от дървените въглища са станали "див дух" или "газ" - дума, която той измисли от гръцката дума за "хаос". И въпреки че го нарече "дървен газ", ван Хелмонт всъщност откри въглероден двуокис. И това откритие ще се окаже особено ценно за учените в бъдеще.

Време на въздуха

Новините пътуваха повече от бавно в онези дни; необходими са 50 години, за да се докаже, че теорията на водата в растенията на Ван Хелмонт е била погрешна и още 50 години след това, преди да се случи следващият голям скок в науката за растенията.

През 20-те години на 20-ти век, британският физиолог Стивън Хейлс, който вече е направил име за себе си в изучаването на животни, започва експерименти с растения. В един от тях Hales прикрепи дълги стъклени тръби с диаметър 1/4 инч до краищата на отсечените клони на растенията и измерва до каква степен сапунът може да се изтласка нагоре по тръбите (например, лозята може да накара сок да достигне височина от почти 25 фута). Но Хейл забелязал нещо друго по време на експериментите си: Мехурчетата често се появявали в сапун, което означавало, че клоните на кея са излъчвали въздух, както и сок. Това, заедно с други доказателства, натрупани от години на експерименти, накара Хейл да вярва, че растенията поглъщат и изгонват въздуха - всъщност те "дишат" по свой начин. Това не беше първият път, когато идеята беше предложена, но за пръв път такъв изтъкнат учен го предложи. Други учени са работили по теорията през следващите десетилетия, но с малък успех.

Изминаха още 50 години. Тогава през 70-те години на ХХ век британският учен Джоузеф Пристли решил да продължи там, където Хелес беше напуснал, и направи едно от най-важните открития в ботаниката.

Газ атака

По това време беше известно, че светена свещ с буркан, поставен над нея, скоро ще излезе (поради липса на кислород, въпреки че това не беше разбрано тогава). Priestley разшири експеримента и установи, че мишка с буркан, поставена над него, скоро ще загуби съзнание и ако остане в буркана твърде дълго, ще умре. Теорията, която обясняваше този феномен по онова време, беше този огън, а дишащата мишка по някакъв начин "омърсила" въздуха, което го правело постепенно по-малко чист.

Но много по-важно беше следващото откритие на Прищи. Ако постави жива растителност под буркан със запалена свещ, свещта изгоря по-дълго, отколкото обикновено. И ако той постави растение под буркан с мишка в него, мишката ще оцелее толкова дълго, колкото четири пъти по-дълго, отколкото без растението. Това, както можете да си представите, беше удивително откритие.Без да го осъзнава, Пристили откри, че растенията отделят кислород. (Въпреки че всъщност кислородът не беше идентифициран правилно до няколко години след експериментите на Priestley.)

Тук идва слънцето

Експериментите на Priestley доказват, че растенията правят нещо за въздуха. Никой не знаеше какво, но това беше огромна стъпка напред и само няколко години по-късно през 1778 г. холандският лекар Ян Ингенхус повтори експериментите на Приестли, но този път с добавен и гениален елемент: Той държеше някои буркани и растения в тъмнината и изложи другите на слънчева светлина. Чрез тези експерименти Ингенхус открил, че свещта ще гори по-дълго и мишката ще бъде възстановена, ако има растение в буркана … само ако растението е изложено на пряка слънчева светлина. Това, което се оказа, е, че растенията са направили нещо за въздух - но само с помощта на слънцето. Науката още веднъж се обърна.

Ингенхус проследи своя блестящ експеримент, опитвайки се да примири заключенията си с не толкова брилянтна теория, която се намираше от средата на 1600-те. Това, което растенията в неговия експеримент правеха, каза той, очистваше въздуха с примеси, известни като флогистон, който се предполагаше, че е произведен от огън и дишащи същества, между другото. (Теорията на флогистона беше поставена, за да обясни процесите на окисление, като огън и ръжда.) Така че още веднъж един супер умен (за деня) учен е бил погрешен. Френският химик Антоан Лавоазие, който преди това е идентифицирал кислорода като елемент, поиска да опровергае флористичната теория, като вместо това доказва, че това, което всъщност правят растенията, излъчва кислород във въздуха.

Един от двамата не е лош

Бяха близо 2000 години, откакто Аристотел направи научен опит да разбере растенията и почти 200 години, откакто Ян Баптиста ван Хелмонт разболя Аристотел и въведе в съвременната епоха на ботаниката. В този момент крайните стъпки към разбирането поне на елементарна наука зад фотосинтеза бяха точно зад ъгъла. И оттук нататък нещата започнаха да се движат доста бързо.

Следващият голям въпрос, който трябва да се отговори, е: Ако растенията излъчват кислород, откъде идва? Този въпрос е отговорен през 1782 г., когато швейцарският ботаник Жан Сенберий, докато разширява експериментите на Ingenhousz, за пръв път доказва, че растенията абсорбират въглеродния диоксид от въздуха и го разбиват. Това, каза той, е откъде идва кислородът. (Грешно отново, но това беше наистина много време, преди тази конкретна теория да бъде опровергана.) На плюс, Senebier също беше в състояние да покаже, че това са зелените части на растенията, а не не-зелените части, като например цветя, който направи това. Това беше частта, която получи.

Така че: Растенията поглъщат въглеродния диоксид, използват енергия от слънцето, за да го разрушат, превръщат въглерода в въглеродния диоксид в растителна тъкан и отделят кислород.

Еврика!

Последното наистина голямо парче в пъзела за фотосинтезата най-накрая пристигна през 1804 г. с любезното съдействие на швейцарския химик Николас Саусюр, който доказва, че въглеродът, който растението получава от абсорбирания въглероден диоксид, не може да бъде достатъчно, за да отчете растежа на растителните влакна. Трябваше да има нещо друго - и той предложи, че това е вода (която ботаниците вече знаеха, че са били погълнати от растенията през корените им). Той също така доказва, че растенията зависят от абсорбирането на азот от почвата. Той беше прав и от двете страни.

Вековете на въпроси, експерименти, неуспехи и успехи най-накрая са се отплатили и основният процес, чрез който растенията достигат храна и растение, е окончателно разбран. През следващите години имаше много подробности, които да се изяснят (особено откритието на хлорофила - нещата в растителните клетки, които правят действителното преобразуване на слънчевата светлина в енергия - и което прави зелените растения), но най-накрая беше открит основният процес.