Eureka! Fotosintezės atradimas

2023 Autorius: Sherilyn Boyd | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-09-25 22:43

Pirmoji populiari teorija apie augalijos gyvenimą atsirado iš vienos svarbiausių istorijos mokslininkų, senovės graikų filosofo Aristotelio. Ketvirtajame pietryčje prieš Kristų jis parašė, kad augalai maitina maistą per savo šaknis absorbuodami mitybinį dirvą. Jo darbas buvo toks įtakingas Vakarų manymu, kad tai buvo vyraujanti augalų augimo teorija 2000 metų. Nebuvo iki tol, kol 1500-tieji metai, kai Europoje prasidėjo Mokslinė revoliucija, žmonės pradėjo bandyti bent jau racionaliai apsvarstyti svarbiausius dienos klausimus. Ir galų gale giliau pažvelgė augalų gyvenimas.

Sėklų sodinimas

1600-ųjų pradžioje flamandų chemikas Janas Baptista van Helmontas atliko eksperimentą, jo manymu, Aristotelio teorija būtų neteisinga - tuo metu buvo beveik šventvagiškas reikalas. Van Helmontas išdžiovino didelę dirvožemio dalį orkaitėje (iš jos išgaunamas visas vanduo, kad jis galėtų pasverti tik pačią dirvą) ir 200 svarų (tiksliai) įdėkite į didelį puodą. Tada jis pasodino medelyną, kuris taip pat buvo atsargiai pasvertas, į puodą.

Jis saugojo medį kontroliuojamoje aplinkoje, siekdamas užtikrinti, kad jis nebūtų maitinamas jokiais išoriniais šaltiniais. Jis jį laistė distiliuotu ir grynu lietaus vandeniu ir išlaikė dirvą, todėl jokiomis medžiagomis negalėjo patekti į jį. Po penkerių metų jis nuėmė medį iš puodo, iš naujo išdžiovino dirvą ir pasvėrė ir dirvožemį, ir medį. Rezultatas: medis įgijo 164 svarus, o dirvožemis pasvėrė beveik tą patį, koks buvo prieš penkerius metus. Jei Aristotelio teorija būtų tiesa, dirvožemis turėjo būti labai išeikvotas.

Van Helmontas ne tik parodė, kad Aristotelis buvo neteisingas, jis taip pat įrodė savo teoriją: augalai auga, įkvėpus vandenį per savo šaknis ir paverčiant šį vandenį augalų audiniais. Išskyrus tai, kad van Helmonto teorija taip pat buvo klaidinga. Bet niekada nepamiršiu: kažkas buvo puolęs didįjį Aristotelį prie kaklelio ir tai leido pradėti visiškai naują botanikos erą.

Premija: 1630 m. Kitu eksperimentu van Helmontas sudegė 62 kg medžio anglies, uždarytoje talpykloje. Po to jis pasverė peleną: jis pasverė tik vieną svarą. Kur kiti 61 svarai išėjo? Van Helmontas padarė išvadą, kad kai kurios medienos anglys tapo "laukia dvasia" arba "dujos", žodžiu, kurį jis sukūrė iš graikų kalbos žodžio "chaosas". Ir nors jis vadino jį "medienos dujomis", van Helmontas iš tiesų atrado anglies dvideginis. Ir šis atradimas ateityje pasirodė esąs ypač vertingas mokslininkams.

Oro laikas

Šiomis dienomis naujienos keliavo daugiau nei lėtai; praėjo 50 metų, kad būtų įrodyta, jog van Helmonto "water-in-plants" teorija buvo klaidinga ir praėjus 50 metų po to, kai įvyko kitas didelis augalų mokslo šuolis.

1720-aisiais Britanijos fiziologas Steponas Halesas, kuris jau pats pavadino gyvūnų tyrimą, pradėjo atlikti eksperimentus su augalais. Viename iš jų "Hales" pritvirtino ilgus stiklinius vamzdelius (1/4 colio skersmens) prie augalų šakų atskyrimo galų ir išmatavo, kiek gali būti išpjauti vamzdžius (pvz., Buvo nustatyta, kad vynuogynas gali pastūmėti sapą iki 25 pėdų aukščio). Tačiau Halesas savo eksperimentų metu pastebėjo kažką kito: "burbuliukai" dažnai pasirodė sap- reiškia, kad išjungtos šakos skleidžia orą ir sapą. Tai, kartu su kitais įrodymais, kuriuos jis sukaupė eksperimentų metais, paskatino Halesą tikėti, kad augalai sugeria ir išsiurbia orą - jie iš tiesų "kvėpuoja" savo pačių keliu. Tai buvo ne pirmas kartas, kai buvo pasiūlyta mintis, tačiau tai buvo pirmas kartas, kai toks išduotas mokslininkas jį pasiūlė. Kiti mokslininkai per ateinančius dešimtmečius dirbo su teorija, tačiau šiek tiek pasisekė.

Praėjo dar 50 metų. Tada 1770-aisiais britų mokslininkas Džozefas Priestley nusprendė toliau kurti Halesas ir padarė vieną iš svarbiausių botanikos mokslo atradimų.

Dujos ataka

Iki šiol buvo žinoma, kad užsideganta žvakė su jaru, ant kurios jis įdedamas, netrukus išeis (dėl deguonies trūkumo, nors tai ir nebuvo suprantama). Priestley išsiplėtė eksperimentą ir nustatė, kad pelė su jame esančiu dubeniu netrukus praranda sąmonę ir, jei ilgiau išliks jar, mirs. Teorija, paaiškinusi šį reiškinį tuo metu, buvo tokia ugnis, o kvėpavimo pele kažkaip "purvino" orą, todėl jis palaipsniui buvo mažiau grynas.

Tačiau dar svarbiau buvo dar vienas Priestley atradimas. Jei jis įdėti gyvą augalą po stiklu su apšviestu žvakiu, žvakė sudegė ilgiau nei paprastai. Ir jei jis įdėjo augalų po jaru su pele, pelė išliktų net keturis kartus ilgiau nei be augalo. Tai, kaip jūs galite įsivaizduoti, buvo įspūdingas atradimas.Nežinodamas, Priestley atrado, kad augalai skleidžia deguonį. (Nors, tiesą sakant, deguonis nebuvo tinkamai identifikuotas iki kelių metų po Priestley eksperimentų).

Štai ir saulė

Priestley eksperimentai parodė, kad augalai ką nors davė. Niekas to nežinojo, bet tai buvo milžiniškas žingsnis į priekį, o vos po kelerių metų 1778 m. Olandų gydytojas Janas Ingenhouszas pakartojo Priestley eksperimentus, tačiau šį kartą su pridėtu ir išradingu elementu: jis išlaikė kai kuriuos stiklainius ir augalus tamsoje ir apšviečia saulės spindulius. Per tuos eksperimentus Ingenhousz atrado, kad žvakė uždegs ilgiau, ir pelė bus atgaivinta, jei jame yra augalas … tik tuo atveju, jei augalas buvo veikiamas tiesioginių saulės spindulių. Tai parodė, kad augalai ką nors davė, bet tik su saulės pagalba. Mokslas dar kartą pasuko galvą.

Ingenhousz tęsė savo nuostabų eksperimentą, stengdamasi suderinti jo išvadas su ne taip puikiu teorija, kuri buvo nuo 1600 m. Vidurio. Pasak jo, eksperimento metu augalai išvalė netaisyklingą priemaišą, vadinamą flogistonu, kuris, be kita ko, tariamai pagamintas ugnies ir kvėpuojančių būtybių. (Flogistono teorija buvo išdėstyta paaiškinant oksidacijos procesus, tokius kaip ugnis ir rūdys.) Taigi dar kartą labai protingas (jo dienai) mokslininkas buvo neteisingas. Prieš tai prancūzų chemikas Antoine Lavoisier, kuris anksčiau buvo apibūdinęs deguonį kaip elementą, paneigė flogistono teoriją, o vietoje to įrodė, kad iš tiesų augalai išleidžia deguonį į orą.

Vienas iš dviejų nėra blogas

Buvo beveik 2000 metų nuo tada, kai Aristotelis padarė mokslinę pastangą suprasti augalus, ir beveik 200 metų nuo tada, kai Jan Baptista van Helmontas išlaisvino Aristotelį ir pradėjo šiuolaikinę botanikos erą. Tuo metu paskutiniai žingsniai siekiant suprasti bent jau esminį mokslą dėl fotosintezės buvo tik už kampo. Ir iš čia, viskas pradėjo judėti gana greitai.

Kitas didelis klausimas, į kurį atsakė: ar augalai skleidė deguonį, iš kur jis kilo? Į šį klausimą atsakė 1782 m., Kai šveicarų botanistas Jeanas Senebieras, plėtęs Ingenhouszo eksperimentus, pirmą kartą įrodė, kad augalai absorbuoja anglies dioksidą iš oro ir skaido. Tai, sakė jis, buvo iš kur atsiradęs deguonis. (Dar kartą klaidingai, bet tai buvo labai seniai, kol ši konkreti teorija nebuvo įrodyta.) Senebieras taip pat galėjo įrodyti, kad žalios augalų dalys yra ne žalios dalys, kaip antai gėlės, tai padarė. Tai buvo jo dalis.

Taigi: Augalai absorbuoja anglies dioksidą, sunaudoja energiją iš skaido, paverčia anglies dioksidą į augalų audinius ir išskiria deguonį.

Eureka!

Paskutinis tikrai didelis kūrinys fotosintezės galvosūkyje galų gale atėjo į 1804 m., Kaip leido šveicariškas chemikas Nicolas de Saussure, kuris įrodė, kad anglies, kurią augalas gauna iš sugerto anglies dioksido, nebūtinai pakaktų augalų pluošto augimui. Buvo reikalingas kažkas kitas - ir jis pasiūlė, kad tai vanduo (botanikai jau žinojo, kad jų šaknys absorbavo augalus). Jis taip pat įrodė, kad augalai priklauso nuo dirvožemio azoto absorbavimo. Jis buvo teisus abiem atžvilgiais.

Klausimai, eksperimentai, nesėkmės ir sėkmės amžius buvo galutinai atsipalaidavę, ir pagaliau buvo suvoktas pagrindinis procesas, per kurį augalai pasiekė maistą ir augimą. Per keletą ateinančių metų buvo daug detalių (ypač chlorofilo - augalų ląstelėse esančių medžiagų, kurios faktiškai paverčia saulės spinduliais energiją, o augalai žalia), tačiau galiausiai buvo nustatytas pagrindinis procesas.