Eureka! Fotosintēzes atklāšana

2024 Autors: Sherilyn Boyd | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 09:37

Pirmā populārā augu dzīves teorija bija viena no svarīgākajām vēstures zinātniekiem, seno grieķu filozofs Aristotelis. Viņš rakstīja ceturtajā gadsimtā pirms mūsu ēras, ka augi iegūst barību, absorbējot uzturvielu augsni caur to saknēm. Viņa darbs bija tik ietekmīgs Rietumu domā, ka tā bija dominējošā augu augšanas teorija 2000 gadu garumā. Tikai 1500. gados, kad Eiropā sākās zinātniskā revolūcija, cilvēki sāka vismaz mēģināt racionāli domāt par lielajiem dienas jautājumiem. Un augu dzīve beidzot ieguva daudz tuvāku izskatu.

Sēklu stādīšana

Astoņdesmito gadu sākumā flāmu ķīmiķis Jan Baptista van Helmont veica eksperimentu, pēc viņa domām, tas izrādījās nepareizs - gandrīz svētais vārds tajā laikā. Vans Helmonts žāvēja lielu daudzumu augsnes krāsnī (lai no tā izvadītu visu ūdeni, lai viņš varētu nosvērt tikai pašu augsni) un ievieto 200 mārciņas (precīzi) lielā katlā. Tad viņš iestādīja puķu vītolu koku, kuru viņš arī rūpīgi nosvērts, potā.

Viņš turēja koku kontrolētā vidē, lai nodrošinātu, ka tam nav nekādu barības no citiem avotiem. Viņš to izdzēra ar destilētu un tīru lietainu ūdeni un noturēja augsni, tāpēc netiktu iekļauti sveķi. Pēc pieciem gadiem viņš izņēma koku no kafijas, izžāvēja augsni un nosver gan augsni, gan koku. Rezultāts: koks bija nopelnījis 164 mārciņas un augsne bija gandrīz tieši tāda pati kā piecos gados. Ja Aristoteļa teorija būtu taisnība, augsnei vajadzēja būt ļoti iztērēta.

Vans Helmonts ne tikai parādīja, ka Aristotelis bija nepareizs, bet arī pierādījis savu teoriju: augi aug, piepūšot ūdeni caur savām saknēm un pārveidojot šo ūdeni augu audos. Izņemot to, ka van Helmonda teorija bija arī nepareiza. Bet nekad nav prātā: kāds bija izcīnījis lielo Aristoteli uz apmales, un, to darot, tas atradās pavisam jaunā botānikas laikmetā.

Bonuss: 1630. gadā citā eksperimentā Vans Helmonts sadedzināja 62 mārciņas koka koksnes slēgtā traukā. Pēc tam viņš nosver pelnus: tas nosver tikai vienu mārciņu. Kur pārējās 61 mārciņas aizgāja? Van Helmont secināja, ka daži no kokoglēm kļuvuši par "savvaļas garu" vai "gāzi", ko viņš no grieķu valodas uzrakstīja par "haosu". Lai gan viņš to sauca par "koksnes gāzi", van Helmont faktiski atklāja oglekļa dioksīds. Un šis atklājums nākotnē izrādījās īpaši vērtīgs zinātniekiem.

Gaisa laiks

Ziņas šajās dienās ceļoja vairāk nekā lēni; pagāja 50 gadi, lai pierādītu, ka van Helmonda ūdens-uz-augu teorija ir bijusi nepareiza un vēl 50 gadus pēc tam pirms nākamā lielā lēciena augu zinātnē.

Britu fiziologs Stefans Hailss, kurš jau pats bija devis nosaukumu dzīvnieku pētījumam, 1720. gados sāka eksperimentēt ar augiem. Vienā no viņiem Hales pievienoja garās stikla caurules (1/4 collas diametrā) pie augu šķirņu galiem un izmēra to, cik lielu sūkni varētu nospiest caur caurulītēm (tika konstatēts, piemēram, ka vīnogulājs varētu piespiest sap augstumā gandrīz 25 pēdas). Bet Halesa eksperimentu laikā pamanīja kaut ko citu: burbuļi bieži parādījās sap-nozīmē, ka nošķelti filiāles izstaro gaisu, kā arī sap. Tas kopā ar citiem pierādījumiem, ko viņš bija uzkrājis eksperimentu gados, lika Halešam domāt, ka augi uzsūcas un izraidīja gaisu - viņi patiešām "elpoja" savā veidā. Ideja netika ierosināta ne pirmo reizi, bet tā bija pirmā reize, kad šāds izcils zinātnieks to ierosināja. Citi zinātnieki turpināja strādāt pie teorijas nākamajās desmitgadēs, bet ar nelielu panākumu.

Pagāja vēl 50 gadi. Tad 17.gadsimta 70. gados britu zinātnieks Džozefs Prestls (Joseph Priestley) nolēma turpināt darbu, kur Hales bija atstājis savu vietu, un padarīja vienu no svarīgākajiem atklājumiem kādreiz botānikas zinātnē.

Gāzes uzbrukums

Līdz tam laikam bija zināms, ka dzīslotās sveces ar jumtu, kas novietotas virs tās, drīz iznāks (skābekļa trūkuma dēļ, lai arī to nesaprot). Priests pie eksperimenta paplašinājās un atklāja, ka ar to novietota peles pīza drīz zaudētu apziņu un, ja pārāk ilgi atstātu pudeli, mirs. Teorija, kas paskaidroja šo fenomenu tajā laikā, bija tā uguns, un elpošanas peli kaut kā "netīrās" gaisā, padarot to pakāpeniski mazāk tīru.

Bet daudz svarīgāk bija Priestley nākamais atklājums. Ja viņš ieliek dzīvo augu zem burkas ar apgaismotu sveci, sveci sadedzina ilgāk, nekā parasti. Un, ja viņš novieto augu zem pudeles ar peli tajā, peli varētu izdzīvot tik daudz kā četras reizes garāks nekā bez auga. Tas, kā jūs varat iedomāties, bija pārsteidzošs atklājums.Neapzinot to, Priestley atklāja, ka augi izdalās skābekli. (Lai gan faktiski skābeklis nebija pienācīgi identificēts tikai dažus gadus pēc Priestley eksperimentiem).

Aust saule

Priestley eksperimenti pierādīja, ka augi kaut ko darīja gaisā. Neviens to nezināja, bet tas bija milzīgs solis uz priekšu, un tikai pēc dažiem gadiem 1778. gadā holandiešu ārsts Jan Ingenhousz atkārtojās Priestie eksperimentus, taču šoreiz ar pievienotu un ģeniālu elementu: viņš turēja dažus burciņus un augus tumsā un pakļauti citiem saules stariem. Izmantojot šos eksperimentus, Ingenhousz atklāja, ka svece degs ilgāk, un peli atjaunosies, iekļaujot augu burkā … tikai tad, ja augu pakļauj tiešiem saules stariem. Tas izrādījās, ka augi kaut ko darīja gaisā, bet tikai ar saules palīdzību. Zinātne atkal bija ieslēgusi galvu.

Ingenhousz turpināja savu izcilo eksperimentu, mēģinot saskaņot savus secinājumus ar ne tik izcili teoriju, kas bija aptuveni kopš 1600. gadu vidus. Viņš teica, ka viņa eksperimenta laikā augi attīra piemaisījumu gaisu, kas pazīstams kā flogistons, kuru, iespējams, ražoja uguns un elpojošs radības. (Flogistona teorija tika izlikta, lai izskaidrotu oksidēšanas procesus, piemēram, ugunsgrēku un rūsu). Tātad atkal ārkārtīgi gudrs (par savu dienu) zinātnieks bija nepareizi. Franču ķīmiķis Antoine Lavoisier, kurš agrāk bija identificējis skābekli kā elementu, noliedza flohistona teoriju, nevis pierādīja, ka faktiski augi faktiski izdala skābekli gaisā.

Viens no diviem nav slikts

Tas bija gandrīz 2000 gadu, kopš Aristotelis bija izdarījis zinātnisku mēģinājumu izprast augus, un gandrīz 200 gadus kopš Jan Baptista van Helmont bija atslāņojies Aristotelis un ieviesa mūsdienu botānikas laikmetā. Šajā brīdī pēdējie soļi, lai izprastu vismaz elementāru zinātni, kas balstīta uz fotosintēzi, bija tikai ap stūri. Un no šejienes, viss sāka kustēties diezgan ātri.

Nākamais lielais jautājums, uz kuru jāatbild, bija: vai augi izdalīja skābekli, no kurienes tas notika? Uz šo jautājumu atbildēja 1782. gadā, kad Šveices botāniķis Jean Senebier, paplašinot Ingenhousza eksperimentus, pirmo reizi pierādīja, ka augi absorbē oglekļa dioksīdu no gaisa un sadala to. Tas, pēc viņa teiktā, bija no kurienes nāk skābeklis. (Nepareizi atkal, bet tas bija patiešām ilgs laiks, pirms šī konkrētā teorija nebija pierādīta). Senebier spēja pierādīt, ka tas bija zaļās augu daļas, nevis zaļās daļas, piemēram, ziedi, kas to izdarīja. Šī bija tā daļa, ko viņš dabūja pareizi.

Tātad: Augi absorbē oglekļa dioksīdu, izmanto enerģiju no saules, lai to sadalītu, oglekļa dioksīdu pārvērš par augu audiem un izdalās skābekli.

Eureka!

Pēdējais patiešām lielais fotosintes puzzles gabals beidzot atnāca 1804. gadā, pieklājīgi no Šveices ķīmiķa Nicolas de Saussure, kurš pierādīja, ka oglekļa saturs, kas iegūts no absorbētā oglekļa dioksīda, nevarētu būt pietiekams, lai ņemtu vērā augu šķiedras augšanu. Tam vajadzēja būt kaut kas cits saistīts - un viņš ierosināja, ka tas ir ūdens (ko botāniķi jau zināja, augi absorbēja viņu saknes). Viņš arī pierādīja, ka augi ir atkarīgi no slāpekļa absorbēšanas no augsnes. Viņam bija taisnība abos gadījumos.

Gadu gaitā jautājumi, eksperimenti, neveiksmes un panākumi beidzot atmaksājās, un galu galā tika saprasts pamatprocess, pēc kura augi sasniedz barību un aug. Turpmākos gados bija daudz detaļu, kas izskanēja (jo īpaši hlorofila atklāšana - augu šūnu materiāls, kas faktiski pārveido saules gaismu enerģētikā, un kas padara augus zaļos), bet beidzot tika noskaidrots pamatprocess.