Eureka! A fotoszintézis felfedezése

2024 Szerző: Sherilyn Boyd | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 09:39

A növényi élet első népszerű elmélete a történelem egyik legfontosabb tudósa, az ókori görög filozófus, Arisztotelész volt. A negyedik évszázadban írta, hogy a növények táplálékot termeltek, mivel a táplálkozási talajt a gyökereiken keresztül szívták el. Munkája annyira befolyásos volt a nyugati gondolatra, hogy ez volt az uralkodó elmélet a növénynövekedésről 2000 évig. Nem csak az 1500-as évekre, amikor a tudományos forradalom Európában kezdődött, az emberek legalább próbálták alkalmazni a racionális gondolkodást a nap nagy kérdéseire. És a növények élete végre sokkal közelebb került.

A magok ültetése

Az 1600-as évek elején a flamand kémikus Jan Baptista van Helmont olyan kísérletet végzett, amelyről úgy gondolta, hogy Arisztotelész elméletét helytelenül - majdnem szentségtörő dolgokat tenné. Van Helmont nagy mennyiségű talajt szárított a kemencében (hogy kiszedje az összes vizet, hogy csak a talajt mérje le), és 200 fontot (pontosan) egy nagy edénybe helyezett. Aztán egy csemegeszőlő fát ültetett, amelyet alaposan lemért.

Megőrizte a fát ellenőrzött környezetben annak biztosítása érdekében, hogy semmiféle táplálékot ne kapjon kívülről. Tisztított és tiszta esővízzel öntözte, és a talajt leborította, így idegen anyagok nem eshetnek bele. Öt év elteltével eltávolította a fát a fazékból, újra kiszárította a talajt, és mérte a talajt és a fát is. Eredmény: A fa 164 fontot ért el - és a talaj pontosan ugyanolyan volt, mint az öt évvel korábban. Ha Arisztotelész elmélete igaz, akkor a talajnak nagyon kimerültnek kellett volna lennie.

Van Helmont nem csak azt bizonyította, hogy Aristotele téved, hanem saját elméletét is bizonyította: hogy a növények úgy nőnek fel, hogy a gyökereket átszívják, és a vizet növényi szövetekké alakítják át. Kivéve, hogy van Helmont elmélete is rossz volt. De ne feledje: Valaki a nagy Arisztotelészet a lábdobozba lőtték, és ezáltal a botanika teljesen új korszakát nyitotta meg.

Bónusz: 1630-ban, egy másik kísérletben, van Helmont elégetett 62 font fából készült fát egy zárt tartályban. Ezután megmérte a hamut: Egy fontot mérett. Hol ment a másik 61 kiló? Van Helmont arra a következtetésre jutott, hogy a szén egyfajta "vad szellem" vagy "gáz" volt, amelyet a görög szó "káoszról" nevezett. És bár "faháznak" nevezte, Van Helmont tényleg felfedezte szén-dioxid. És ez a felfedezés a jövőben különösen értékes lenne a tudósoknak.

Adásidő

A hírek több mint lassan utaztak azokban a napokban; 50 év kellett ahhoz, hogy bebizonyítsák, hogy van Helmont víz-in-plants elméletét félrevezetették, és további 50 évvel azelőtt, hogy a növényi tudomány következő nagyszerű ugrása megtörtént.

Az 1720-as években a brit fiziológus, Stephen Hales, aki már magának nevezte az állatok tanulmányozását, kísérleteket indított növényekkel. Az egyikben Hales hosszú üvegcsöveket (1/4 hüvelyk átmérőjű) a vágott növényágak végeire rögzített, és megméri, hogy mennyi duzzanatot lehetett felhúzni a csöveken (például azt találták, hogy egy a szőlő körülbelül 25 láb magasságig képes az aljnövényt szedni). De Hales észrevett valami mást kísérleteinél: a buborékok gyakran megjelentek a sapban, ami azt jelentette, hogy a levágott ágak levegőt és szagot sugároznak. Ez az évek kísérletei során felhalmozódott egyéb bizonyítékok mellett Hales-t is elhitette, hogy a növények abszorbeáltak és kiutasították a levegőt - valójában "lélegezték" a saját útjukat. Nem ez volt az első alkalom, hogy az ötletet javasolják, de ez volt az első alkalom, hogy egy ilyen kiváló tudós javasolta. Más tudósok dolgoztak az elméletben a következő évtizedekben, de kevés sikerrel.

További 50 év telt el. Aztán az 1770-es években a brit tudós, Joseph Priestley úgy döntött, folytatja, ahol Hales elhagyta a helyét, és az egyik legfontosabb felfedezést a botanika tudományában.

Gáztámadás

A mai napig tudták, hogy egy égő gyertya, amely egy üveggel van ráhelyezve, hamarosan kialszik (oxigénhiány miatt, bár ezt nem értették). Priestley kiterjesztette a kísérletet, és megállapította, hogy egy egér, amelyen egy üveg van elhelyezve, hamarosan elveszti az eszméletét, és ha túl sokáig marad a tégelyben, akkor meghal. Az a jelenség, amely ebben a pillanatban elmagyarázta ezt a jelenséget, az volt, hogy a tűz, és a légző egér valahogy "megsebesítette" a levegőt, egyre fokozatosan kevésbé tiszta.

De sokkal fontosabb volt Priestley következő felfedezése. Ha egy gyertya alá tette egy élõ növényt egy edény alá, akkor a gyertya hosszabb ideig égett, mint általában. És ha egy üvegedény alá helyezett egy egeret, az egér négyszer annyi ideig maradna életben, mint a növény nélkül. Ez, amint el tud képzelni, elképesztő felfedezés volt.Anélkül, hogy felismerte volna, Priestley felfedezte, hogy a növények oxigént bocsátanak ki. (Bár valójában az oxigént nem tudták megfelelően azonosítani néhány évvel Priestley kísérlete után).

Itt jön a nap

Priestley kísérletei bizonyították, hogy a növények valami levegőt szednek. Senki sem tudta, mi ez, de óriási előrelépés volt, és csak néhány évvel később, 1778-ban, a holland orvos Jan Ingenhousz megismételte Priestley kísérleteit, de ezúttal egy hozzáadott és ötletes elemet tartott: megőrzött néhány edényt és növényt a sötétben, és más napfénynek téve. Ezen kísérleteken keresztül Ingenhousz felfedezte, hogy egy gyertya hosszabb ideig ég, és az egér újjáéledik, ha egy növényt a tégelyben … csak akkor, ha a növény közvetlen napfénynek van kitéve. Ami ezt bizonyította, hogy a növények valamit cselekedtek, de csak a nap segítségével. A tudomány ismét a fejére fordult.

Ingenhousz követte ragyogó kísérletét azzal, hogy megpróbálta összeegyeztetni a következtetéseit olyan kevéssé zseniális elmélettel, amely az 1600-as évek közepétől körül volt. Amit a növények a kísérletében tettek, mondta, tisztítottam egy olyan szennyeződés levegőt, amelyet phlogiston néven ismertek el, amelyet állítólag tüzet és lélegző lények állítottak elő. (A flogiszton-elméletet az oxidációs folyamatok, például a tűz és a rozsda magyarázata állította.) Szóval, egy szuper okos (a napja) tudósa tévedett. Antoine Lavoisier-t, a francia kémikusot, aki korábban az oxigént azonosították elemként, elvetette a flogiszton-elméletet, bizonyítva ezzel azt, hogy mely növények valójában csináltak oxigént a levegőbe.

A kettő közül kettő nem rossz

Már majdnem 2000 évvel ezelőtt Arisztotelész tudományos kísérletet tett a növények megértésére, és közel 200 éve Jan Baptista van Helmont megdöntötte Arisztotelészt és bekísérte a modern botanikai korszakot. Ezen a ponton a végső lépés a legalábbis a fotoszintézis mögött rejlő tudomány megértésének végső lépése volt. És ettől kezdve a dolgok gyorsan mozogtak.

A következő nagy kérdés a következő volt: Ha a növények oxigént bocsátottak ki, honnan származott? Ezt a kérdést 1782-ben fogadták, amikor a svájci botanikus Jean Senebier, miközben bővítette Ingenhousz kísérleteit, először bizonyította, hogy a növények elnyelik a szén-dioxidot a levegőből, és lebontják. Ez azt mondta, ott jött az oxigén. (Még egyszer rossz, de nagyon hosszú idő volt, mielőtt ezt a konkrét elméletet megvetették volna.) A plusz oldalon Senebier is képes volt megmutatni, hogy a növények zöld része, nem pedig a nem zöld részek, például a virágok, ezt tette. Ez volt a szerepe, amit kapott.

Tehát: A növények elnyelik a széndioxidot, a napból energiát használnak, hogy lebontják, átalakítják a széndioxid növényi szövetébe, és oxigént bocsátanak ki.

Eureka!

Az utolsó nagyon nagy darab a fotoszintézis-puzzleben végül 1804-ben érkezett a Nicolas de Saussure svájci vegyész udvariájába, aki bebizonyította, hogy a növény egy olyan szénből származik, amely abszorbeált szén-dioxidból származik, talán nem elegendő a növényi rost növekedéséhez. Volt valami más is - és azt javasolta, hogy ez a víz (amit a botanikusok már tudtak, hogy a növények a gyökereik által felszívják). Azt is bebizonyította, hogy a növények függenek a nitrogén elnyelésétől a talajból. Mindkét számon igaza volt.

A kérdéseket, kísérleteket, kudarcokat és sikereket évszázadokig kifizették, és végül megértették az alapvető folyamatot, amelyben a növények táplálékot és növekedést értek el. Az elkövetkező évek során (különösen a klorofill - a növényi sejtekben lévő dolgok felfedezésénél - amely a napfény energiává való átalakulását eredményezi) és a növényeket zöld színűvé teszi - sok részletet tartalmazott az évek során (különösen a klorofill felfedezése), de az alapvető folyamat végül kiderült.