Кто из ученых открыл процесс фотосинтеза – история изучения явления

Фотосинтез представляет собой один из наиболее важных биологических процессов, протекающих в природе. Именно благодаря ему наблюдается трансформация органики из воды и углекислого газа. Однако самым важным элементом этого процесса считается выделение кислорода. При этом далеко не каждый человек знает, кто именно открыл фотосинтез. История изучения этого явления началась еще в семнадцатом веке бельгийцем Яном Ван Гельмонтом.

Описание процесса

Под этим термином понимают сложный химический процесс трансформации энергии видимого света в энергию химических связей органических элементов. В этом принимают участие фотосинтетические пигменты – в частности, хлорофилл растений.

Если рассматривать физиологию растительных организмов, фотосинтезом обычно называют фотоавтотрофную функцию. Она представляет собой совокупность процессов поглощения, трансформации и применения энергии квантов света в разных эндергонических реакциях, включая превращение углекислого газа в органику.

Ян Ван Гельмонт и его эксперимент

Изучение этого процесса началось в 1600 году. Именно тогда исследователь из Бельгии Ян Ван Гельмонт выполнил простой опыт. Он измерил массу ивовой ветки и поместил ее в мешок, наполненный 80 килограммами земли. В течение 5 лет ученый поливал росток дождевой водой. За этот период вес ивы возрос на 65 килограммов, а масса земли – сократилась лишь на 50. При этом исследователь так и не смог понять, откуда появилась такое значительное увеличение веса.

Какой вклад внес Пристли

Следующим важным этапом в изучении процесса фотосинтеза растений стал опыт Джозефа Пристли, который ученый провел в 1771 году. Он накрыл мышку колпаком, а спустя 5 суток обнаружил, что та погибла. Тогда он накрыл колпаком еще одну мышь, а поблизости расположил ветку мяты. В результате зверек выжил.

Это подтолкнуло исследователя к мысли, что есть определенный процесс, который является противоположным дыханию. К тому же он предположил, что растения зеленого цвета способны выполнять очищение воздуха и способствовать его восстановлению.

Фотосинтез

Через некоторое время Пристли удалось экспериментальным путем установить, что существует кислород. В итоге он сделал вывод, первый зверек погиб от отсутствия этого вещества, а второй – выжил благодаря ветке мяты, выделяющей этот жизненно значимый элемент.

Исследования Сенебье и Сакса

В 1872 году ученый из Швейцарии Сенебье установил, что под влиянием света осуществляется разложение углекислого газа в хлоропластах. Они представляют собой зеленые органоиды. Через 5 лет французский исследователь Буссенго понял, что растения усваивают влагу не только в процессе разложения, но и при выработке органических элементов.

Однако ученые периода с конца девятнадцатого до начала двадцатого века воспринимали фотосинтез как одноактный процесс преобразования углекислого газа под влиянием хлорофилла. Это соединение отличается сложной структурой. Оно придает листве зеленый окрас и усваивает солнечный свет.

В 1864 году биолог из Германии Сакс смог определить пропорцию углекислого газа, который поглощают растения, и количество продуцируемого ими кислорода. Она составила 1:1. В итоге исследователю удалось вывести формулу процесса.

Тимирязев и его исследования

В 1874 году Тимирязев предположил, что во время фотосинтеза хлорофилл сталкивается с окислительно-восстановительными явлениями, которые носят обратимый характер. В 1905 году британский ученый Блэкман определил ключевые стадии фотосинтеза.

Фотосинтез история

При этом он продемонстрировал, что процесс начинается при слабой освещенности, но по мере нарастания светового потока темп реакций увеличивается. Но на некотором этапе последующее усиление освещенности уже не вызывает увеличения активности фотосинтеза.

Также ученый определил, что увеличение температурных параметров при слабой освещенности не отражается на темпах фотосинтеза. Но при увеличении температуры и наращивании освещенности, которое происходит одновременно, темпы протекания процесса нарастают намного заметнее.

Проведенные эксперименты позволили Блэкману установить, что имеют место 2 процесса. Первый определяется параметрами освещенности, тогда как второй – температурой. При этом интенсивность освещения на него не влияет.

Впоследствии эти явления стали называться «световой» и «темновой» фазами. Однако это оказалось не совсем корректным. Несмотря на то, что реакции так называемой темновой фазы протекают и при отсутствии света, им требуются продукты «световой» фазы.

Фотосинтез фото

Последующее изучение темы

В тридцатые годы прошлого века появились предположения, что энергия света, которая усваивается хлорофиллом, должна направляться не на разложение СО2. Ее задача заключается в разрыв связи ОН в молекуле воды. Эту гипотезу удалось доказать в 1941 году. В этом вопросе ключевую роль сыграли эксперименты, в которых применялись изотопы кислорода. Нужно сказать, что соотношения между ними в воде, углекислом газе и атмосфере отличаются.

В 1945 году Виноградова и Тейс установили, что совпадает изотопный состав кислорода природной воды и полученной из кислорода и водорода, которые продуцируются зеленой листвой под влиянием света.

Ученые Камен и Рубен воспользовались при проведении своих исследований другим принципом. Вначале они насытили водоросли водой, обогащенной 18О. В результате растения продуцировали кислород, в котором содержалось очень много этого изотопа. После чего исследователи насытили водоросли углекислым газом, который тоже содержал много 18О. Но это никак не повлияло на выделение кислорода.

В этот момент исследователи и поняли, что большая часть кислорода, который выделяется в процессе фотосинтеза, принадлежит воде. Это означает, что наблюдается не разложение углекислого газа, а распад молекулы воды, который связан с энергией света.

Стоит отметить, что вода расщепляется еще на первом этапе фотосинтеза. Это продемонстрировал ван Ниль в тридцатых годах прошлого века во время исследования пурпурной серобактерии. Ей для фотосинтеза требовался сероводород. Однако впоследствии оказалось, что одним из продуктов активности считается выделение бактерией атомарной массы.

Фотосинтез презентация

У серобактерий основную метаболическую функцию выполняет сера, и процесс фотосинтеза возвращает им это вещество. Потому ван Ниль сделал предположение, что в любом фотосинтезе функции источника кислорода выполняет вода.

Дальнейшие эксперименты доказали предположение ученого. На первом этапе процесса наблюдается расщепление молекул воды. При этом энергия улавливается поэтапно, и это происходит в разных кластерах.

В сороковых годах прошлого века Мелвин Калвин изучил механизм выработки сахаров в растительных организмах. Ученому удалось получить водоросль под воздействием углекислого газа, содержащего углерод-14. Это вещество обладало радиоактивными свойствами.

При этом изыскания ученых на этом не закончились. В 2011 году японские исследователи сумели раскрыть секрет главного механизма фотосинтеза – процесс, который лежит в основе солнечной энергетики Земли. Они использовали метод рентгеновского анализа.

Фотосинтез представляет собой очень важный процесс. Его изучением стали заниматься еще в начале семнадцатого века. С того момента ученым удалось существенно продвинуться в своих исследованиях и понимании сути этого явления.

Оцените статью
Исторический документ
Добавить комментарий