Heuréka! Objavovanie fotosyntézy

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 09:38

Prvá populárna teória o živote rastlín pochádza od jedného z najvýznamnejších učencov v dejinách, starovekom gréckom filozofovi Aristoteles. V štvrtom storočí pred naším letopočtom napísal, že rastliny získali výživu tým, že pohlcujú výživnú pôdu svojimi koreňmi. Jeho práca mala taký vplyv na západnú myšlienku, že to bola prevládajúca teória rastu rastlín už 2 000 rokov. Až do roku 1500, keď v Európe začala vedecká revolúcia, sa ľudia začali pokúšať prinajmenšom použiť racionálne myšlienky na veľké otázky dnešnej doby. A život rastlín sa nakoniec omnoho bližšie pozrel.

Výsadba semien

Začiatkom 16. storočia flámsky chemik Jan Baptista van Helmont vykonal experiment, o ktorom sa domnieval, že ukáže, že Aristotelova teória je nesprávna - skoro sabotavá vec v tom čase. Van Helmont vysušil veľké množstvo pôdy v peci (aby sa z neho dostala všetka voda, aby mohol vážiť len samotnú pôdu) a vložil 200 libier (presne) do veľkého hrnca. Potom zasadil do hrnca stromček vŕbový strom, ktorý tiež starostlivo zvážil.

Držal strom v kontrolovanom prostredí, aby zabezpečil, že nebude mať žiadnu výživu z akýchkoľvek vonkajších zdrojov. Popolil ju destilovanou a čistou dažďovou vodou a udržal pôdu pokrytú tak, aby do nej nemohli spadnúť žiadne cudzie látky. Po piatich rokoch odstráni strom z hrnca, vysuší pôdu a odváža pôdu aj strom. Výsledok: strom získal 164 libier - a pôda vážila takmer presne to isté ako päť rokov skôr. Ak by Aristotelova teória bola pravdivá, pôda mala byť veľmi vyčerpaná.

Van Helmont ukázal nielen to, že Aristotel bol zle, on tiež preukázal svoju vlastnú teóriu: že rastliny rastú tým, že nasávajú vodu cez korene a premieňajú túto vodu na rastlinnú tkanivu. Okrem toho, že teória van Helmonta bola nesprávna. Ale nevadí: niekto kopal veľkého Aristotela na obrubník a tým to priniesol úplne novú éru botaniky.

bonus: V roku 1630 v ďalšom experimente van Helmont vypálil 62 kg dreveného uhlia v uzavretom kontajneri. Potom zvážil popol: vážil len jednu libru. Kde odišli ostatné 61 libier? Van Helmont dospel k záveru, že časť dreveného uhlia sa stala "divokým duchom" alebo "plynom", slovom, ktorý vynašiel z gréckeho slova za "chaos". A hoci ho nazval "dreveným plynom", van Helmont v skutočnosti objavil oxid uhličitý. A tento objav sa ukáže byť pre vedcov obzvlášť cenný v budúcnosti.

Čas letu

Správy v týchto dňoch cestovali viac ako pomaly; trvalo 50 rokov, aby sa dokázala, že teória voda-do-rastlín van Helmont bola zavádzajúca a ďalších 50 rokov potom, ako sa uskutočnil ďalší veľký skok v oblasti rastlinnej vedy.

V dvadsiatych rokoch dvadsiateho storočia začal experimentovať s rastlinami britský fyziológ Stephen Hales, ktorý sa už v štúdii zvierat stal menom. V jednom z nich Hales pripevnil dlhé sklenené trubice (priemer 1/4 palca) na konce odrezaných ramien rastlín a meral, ako ďaleko môže byť tlaková nádobka tlačená hore do rúrok (zistilo sa napríklad, že vinná réva by mohla tlačiť mýval do výšky takmer 25 ft). Ale Hales si počas svojich experimentov všimol niečo iné: Bubliny sa často objavovali v saponáte, čo znamenalo, že odrezané vetvy vyžarovali vzduch aj mäso. Toto, spolu s ďalšími dôkazmi, ktoré nahromadil v rokoch experimentov, viedol Hales k tomu, aby veril, že rastliny absorbujú a vylučujú vzduch - v skutočnosti "dýchali" svojou vlastnou cestou. Nebolo to prvýkrát, čo sa táto myšlienka navrhla, ale to bol prvýkrát, čo to navrhol taký významný vedec. Na túto teóriu pracovali ďalší vedci počas nasledujúcich desaťročí, ale s malým úspechom.

Ďalších 50 rokov prešlo. Potom sa v 70. rokoch 20. storočia britský vedec Joseph Priestley rozhodol pokračovať tam, kde Hales odišiel - a urobil jeden z najdôležitejších objavov, ktoré boli kedy v botanika vedy.

Plynový útok

V tom čase bolo známe, že zapálená sviečka s nádobou umiestnenou nad ňou by čoskoro vyšla (kvôli nedostatku kyslíka, aj keď to nebolo pochopené). Priestley sa rozšíril o experiment a zistil, že myš s džbánom umiestneným nad ním by čoskoro stratila vedomie a ak by zostala v pohári príliš dlho, zomrela. Teória vysvetľujúca tento jav v tom čase bola tá, že oheň a dýchacia myška nejako "dusí" vzduch, čím sa postupne menej čistá.

Ale oveľa dôležitejšie je ďalší objav Priestleyho. Ak dal živú rastlinu pod nádobu so zapálenou sviečkou, sviečka spálila dlhšie, než by normálne. A ak umiestnil rastlinu pod nádobu s myšou, myš prežila až štyrikrát dlhšie ako bez rastliny. To, ako si viete predstaviť, bolo ohromujúci objav.Bez toho, aby si to uvedomil, Priestley zistil, že rastliny vypúšťajú kyslík. (Hoci v skutočnosti kyslík nebol správne identifikovaný až niekoľko rokov po pokusoch Priestleyho.)

Tu prichádza slnko

Priestleyove experimenty dokázali, že rastliny niečo urobili na vzduchu. Nikto nevedel čo, ale to bol obrovský krok vpred a o niekoľko rokov neskôr v roku 1778 holandský lekár Jan Ingenhousz zopakoval experimenty s Priestley, ale tentoraz s pridaným a dômyselným prvkom: držal niektoré poháre a rastliny v tme a vystavil ostatným slnečnému žiareniu. Prostredníctvom týchto experimentov Ingenhousz zistil, že sviečka bude horieť dlhšie a myš bude oživená tým, že bude mať rastlinu v pohári … iba vtedy, keď bude rastlina vystavená priamemu slnečnému žiareniu. To, čo sa ukázalo, bolo, že rastliny niečo urobili na vzduchu - ale len s pomocou slnka. Veda sa znova obrátila na hlavu.

Ingenhousz nasledoval svoj brilantný pokus tým, že sa pokúsil zosúladiť jeho závery s nie takou brilantnou teóriou, ktorá bola od polovice 1600. rokov. Rastliny v jeho experimente robili, povedal, čistiť vzduch z nečistôt, známy ako phlogiston, ktorý bol okrem iného pravdepodobne spôsobený ohňom a dýchacími bytosťami. (Teória phlogistonu bola navrhnutá na vysvetľovanie oxidačných procesov, ako je oheň a hrdza.) Takže znova, super inteligentný (pre svoj deň) vedec bol nesprávny. Trvalo si Antoine Lavoisier, francúzsky chemik, ktorý predtým identifikoval kyslík ako prvok, vyvrátiť teóriu phlogistonu, namiesto toho dokázal, že to, čo rastliny v skutočnosti robili, vyžarovalo kyslík do ovzdušia.

Jeden zo dvoch nie je zlé

Bolo to takmer 2 000 rokov, kedy Aristotle uskutočnil vedecký pokus pochopiť rastliny a takmer 200 rokov od chvíle, keď Jan Baptista van Helmont odhalil Aristotela a uviedol do modernej doby botaniky. V tomto bode boli posledné kroky smerom k pochopeniu aspoň vedľajšej vedy za fotosyntézou hneď za rohom. A odtiaľto sa veci začali pohybovať veľmi rýchlo.

Ďalšou veľkou otázkou, ktorú treba odpovedať, bolo: Ak rastliny vyžarovali kyslík, odkiaľ pochádza? Táto otázka sa odpovedala v roku 1782, keď švajčiarsky botanik Jean Senebier pri rozširovaní experimentov s Ingenhouszom prvýkrát dokázal, že rastliny absorbujú oxid uhličitý zo vzduchu a rozkladajú ho. To je, odkiaľ pochádza kyslík. (Znova to bolo zlé, ale bolo to naozaj dlho, kým sa táto konkrétna teória nevyriešila.) Na strane plus Senebier dokázal dokázať, že to boli zelené časti rastlín skôr ako ne-zelené časti, ako sú kvety, to urobilo. Táto časť bola správna.

Takže: Rastliny absorbujú oxid uhličitý, využívajú energiu zo slnka na rozbitie, premieňajú uhlík na oxid uhličitý do rastlinného tkaniva a emitujú kyslík.

Heuréka!

Posledný naozaj veľký kúsok vo fáze fotosyntézy nakoniec prišiel v roku 1804, s láskavým dovolením švajčiarskeho chemikov Nicolas de Saussure, ktorý dokázal, že uhlík, ktorý získala rastlina z absorbovaného oxidu uhličitého, nemohol stačiť na to, aby zodpovedal za rast rastlinných vlákien. Muselo to byť niečo iné - a navrhol, že ide o vodu (ktorú botanici už vedeli, že rastliny absorbovali ich korene). Dokázal tiež, že rastliny závisia od absorpcie dusíka z pôdy. On mal pravdu v oboch prípadoch.

Storočia otázok, pokusov, neúspechov a úspechov sa nakoniec vyplatili a základný proces, ktorým rastliny dosahujú výživu a rast, sa nakoniec pochopil. V nasledujúcich rokoch bolo veľa detailov (hlavne objavenie chlorofylu - látky vo vnútri rastlinných buniek, ktoré robí skutočnú premenu slnečného svetla na energiu - a ktoré robí rastliny zelenou), ale základný proces sa nakoniec zistil.