Eureka! Odkrivanje fotosinteze

2024 Avtor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 09:38

Prva popularna teorija o rastlinskem življenju je prišla od enega najpomembnejših znanstvenikov v zgodovini, starodavnega grškega filozofa Aristotela. Napisal je v četrtem stoletju pred našim štetjem, da so rastline pridobivale prehrano, tako da absorbirajo hranilno zemljo skozi svoje korenine. Njegovo delo je bilo tako močno vplivalo na zahodno misel, da je bila to prevladujoča teorija rastlin rastlin že 2000 let. Šele v 1500-ih letih, ko se je v Evropi začela Znanstvena revolucija, so ljudje začeli poskušati vsaj racionalno razmišljati o velikih vprašanjih današnjega dne. In življenje rastlin je končno dobilo veliko bližje pogled.

Sajenje semen

V začetku leta 1600 je flamski kemik Jan Baptista van Helmont izvedel eksperiment, za katerega je verjel, da bi dokazal Aristotelovo teorijo, kar je skoraj nesramno stvar v tistem času. Van Helmont je v peči posušil veliko količino prsti (iz nje je iztisnila vso vodo, da bi lahko tehtala samo tla) in ga dala 200 kilogramov (natančno) v veliki lonec. Potem je posadil drevo vrbe, ki jo je tudi previdno stehtal, v lonec.

Drevo je obdržal v nadzorovanem okolju, da bi zagotovil, da ne bo prehrane iz nobenih zunanjih virov. Napolil ga je z destilirano in čisto deževnico in zadržal zemljo, tako da v njej ne bi prišlo do tujkov. Po petih letih je odstranil drevo iz lonca, ponovno osušil zemljo in stehtal tako tla kot drevo. Rezultat: Drevo je dobilo 164 kilogramov - in tla so bila skoraj enaka kot pri petih letih prej. Če bi bila Aristotelova teorija resnična, bi morala biti zemlja zelo osiromašena.

Van Helmont ni le pokazal, da je Aristotel bil narobe, ampak je tudi dokazal svojo lastno teorijo: rastline rastejo s sesanjem vode skozi svoje korenine in pretvarjajo to vodo v rastlinsko tkivo. Razen tega, da je bila van Helmontova teorija tudi narobe. Ampak nikoli ne moti: Nekdo je udaril velikega Aristotela v robnik, s tem pa je začel v povsem novo dobo botanike.

Bonus: Leta 1630 je v drugem poskusu van Helmont spalil 62 kilogramov oglja, izdelanega iz lesa v zaprtem zabojniku. Potem je tehtal pepel: Tehtal je samo en funt. Kje je ostalih 61 funtov izginilo? Van Helmont je ugotovil, da je nekaj oglja postalo "divji duh" ali "plin", beseda, ki jo je iz grške besede izklesal za "kaos". In čeprav ga je imenoval "lesni plin", je van Helmont dejansko odkril ogljikov dioksid. In to odkritje se bo v prihodnosti še posebej izkazalo za znanstvenike.

Zračni čas

Novice so potovali več kot počasi v teh dneh; je trajalo 50 let, da bi dokazali, da je bila van Helmontova teorija o vodi v rastline napačna, nato pa še 50 let kasneje pred naslednjim velikim preskokom v rastlinski znanosti.

V petdesetih letih 20. stoletja je britanski fiziolog Stephen Hales, ki je že sam študiral z živalmi, začel opravljati eksperimente z rastlinami. V enem od njih je Hales pritrdil dolge steklene cevi (premera 1/4 palca) na konce odrezanih vej rastlin in izmeril, kako daleč lahko potisnete cevi (na primer, je bilo ugotovljeno, da je vinska trta lahko potiska sok do višine skoraj 25 ft). Toda Hales je opazil nekaj drugega med njegovimi eksperimenti: mehurčki so se pogosto pojavljali v sapi, kar pomeni, da so odrezane veje oddajajo zrak in sap. To, skupaj z drugimi dokazi, ki jih je nabral v letih eksperimentov, je vodil Hales, da je verjel, da so se rastline absorbirale in izžrale - dejansko "dihale" na svoj način. Ni bilo prvič predlagana zamisel, vendar je to prvič predlagal tako ugledni znanstvenik. Drugi znanstveniki so delali na teoriji v naslednjih desetletjih, vendar z malo uspeha.

Še 50 let je minilo. Nato se je v petdesetih letih 20. stoletja britanski znanstvenik Joseph Priestley odločil, da nadaljuje, kjer je Hales zapustil, in naredil eno najpomembnejših odkritij v znanosti o botanikah.

Gasni napad

Že v tem času je bilo znano, da bo prižgana sveča s kozarcem, ki je bila postavljena nad njim, kmalu izšla (zaradi pomanjkanja kisika, čeprav tega ni bilo razumljeno). Priestley se je z eksperimentom razširil in ugotovil, da miška s kozarcem, ki je nameščena nad njim, kmalu izgubi zavest, in če bi ostala v kozarčku predolgo, bi umrla. Teorija, ki je v tem času pojasnila ta pojav, je bila, da je ogenj in dihalna miša nekako "pokvarila" zrak, zaradi česar je postopoma manj čist.

Toda veliko bolj pomembno je bilo Priestleyjevo naslednje odkritje. Če je živo rastlino postavil pod kozarec s prižgano svečo, je sveča zažgala dlje, kot bi običajno. In če bi dala rastlino pod kozarček z miško v njej, bi miška preživela kar štirikrat dlje kot brez rastline. To, kot si lahko predstavljate, je bilo presenetljivo odkritje.Ne da bi to spoznala, je Priestley odkril, da rastline oddajajo kisik. (Čeprav v resnici kisik ni bil pravilno identificiran šele nekaj let po Priestleyjevih poskusih.)

Tukaj prihaja sonce

Priestleyjevi poskusi so dokazali, da so rastline naredile nekaj zraka. Nihče ni vedel kaj, vendar je bil ogromen korak naprej, in le nekaj let kasneje, leta 1778, je nizozemski zdravnik Jan Ingenhousz ponovil Priestleyjeve poskuse, vendar tokrat z dodanim in genialnim elementom: hranil je nekaj kozarcev in rastlin v temi, in izpostavili druge na sončno svetlobo. S temi eksperimenti je Ingenhousz odkril, da bi sveča zažgala dlje, in miška bi bila oživljena, ko bi imela rastlino v kozarcih … le, če je bila rastlina izpostavljena neposredni sončni svetlobi. To se je izkazalo, da so rastline naredile nekaj zraka, vendar le s pomočjo sonca. Znanost je znova obrnila glavo.

Ingenhousz je sledil svojemu briljantnemu poskusu, ko je poskušal uskladiti svoje zaključke z ne tako briljantno teorijo, ki je bila približno od sredine 1600-ih let. Kaj počnejo rastline v njegovem poskusu, je dejal, je očistil zrak nečistosti, znane kot flogiston, ki naj bi med drugim povzročil ogenj in dihala. (Teorija flogistona je bila postavljena za razlago oksidacijskih procesov, kot sta ogenj in rja.) Torej še enkrat, super pameten (za njegov dan) znanstvenik je bil narobe. Vzel je Antoine Lavoisierja, francoskega kemika, ki je predhodno identificiral kisik kot element, da bi izpodbijal teorijo flogistona, in namesto tega dokazal, da so tiste rastline dejansko delale, je v zrak izpuščalo kisik.

Eden od dveh ni slab

Bilo je skoraj 2.000 let, odkar je Aristotel znanstveno poskušal razumeti rastline in skoraj 200 let, odkar je Jan Baptista van Helmont razbil Aristotel in uvedel sodobno dobo botanike. Na tej točki so bili končni koraki za razumevanje vsaj osnovne znanosti, ki je bila za fotosintezo, ravno za vogalom. In od tu naprej so se stvari začele hitro premikati.

Naslednje veliko vprašanje za odgovor je bilo: Če rastline oddajajo kisik, od kod prihaja? To vprašanje je bilo odgovorjeno leta 1782, ko je švicarski botanist Jean Senebier, medtem ko se je razširil na Ingenhouszove eksperimente, prvič dokazal, da rastline absorbirajo ogljikov dioksid iz zraka in ga zlomijo. To je rekel, od kod je prišel kisik. (Ponovno je bilo napačno, vendar je bila to še posebej dolga, preden je bila ta posebna teorija nedopustna.) Na drugi strani je Senebier lahko tudi pokazal, da gre za zelene dele rastlin, ne pa za ne zelene dele, kot so cvetovi, ki je to storila. To je bil del, ki ga je imel prav.

Torej: Rastline absorbirajo ogljikov dioksid, porabijo energijo iz sonca, da jo razbijejo, pretvorijo ogljik v ogljikov dioksid v rastlinsko tkivo in oddajajo kisik.

Eureka!

Zadnji resnični kos v slinavki za fotosintezo je končno prišel leta 1804, zahvaljujoč švicarskemu kemiku Nicolasu de Saussureju, ki je dokazal, da ogljika, pridobljena iz absorbiranega ogljikovega dioksida, ne bi mogla biti dovolj za rast rastlinskih vlaken. Moralo bi biti nekaj drugega, in predlagal je, da je voda (ki jo botaniki že vedo, da so rastline absorbirale skozi svoje korenine). Prav tako je dokazal, da so rastline odvisne od vpijanja dušika iz tal. Bil je prav ob obeh šteje.

Več stoletij vprašanj, poskusov, napak in uspehov se je končno izplačalo, in končno je bil razumljen osnovni proces, s katerim rastline dosežejo prehrano in rast. V prihodnjih letih je bilo veliko podrobnosti o mesu (zlasti odkrivanje klorofila - stvari znotraj rastlinskih celic, ki dejansko pretvarjajo sončno svetlobo v energijo in dajejo rastline zelene), vendar je bil osnovni postopek končno ugotovljen.