Первые эксперименты по фотосинтезу

Методики, применяемые при изучении многих биохимических процессов, слишком сложны для того, чтобы излагать их в этой книге. Однако многие ранние эксперименты по фотосинтезу нетрудно понять благодаря их ясной логике и простоте постановки.

Поэтому, прежде чем заняться подробным изучением фотосинтеза, мы остановимся на этих ранних экспериментах и проследим, как с их помощью удалось выяснить общее уравнение этого процесса.
В конце XVIII в. было принято считать, что растения создают питательные вещества из воды и, возможно, из минеральных веществ, находящихся в почве. Это убеждение возникло отчасти под влиянием эксперимента, проведенного голландским ученым Яном-Батистом ван Гельмонтом (Jean-Baptiste Van Helmont) еще в XVII в. Ван Гельмонт посадил деревцо ивы, весившее 2,3 кг, в кадку, содержавшую 90,8 кг сухой почвы. В течение пяти лет он ничего не вносил в почву и только поливал ее, а затем снова взвесил и почву, и дерево. Оказалось, что дерево весит теперь уже 76,9 кг, тогда как вес почвы уменьшился всего на 0,06 кг. Поэтому ван Гельмонт заключил, что все растительное вещество образуется исключительно из «стихии воды». (Философы древности признавали четыре стихии, или «элемента»: воду, огонь, землю и воздух.)
Ван Гельмонту удалось, таким образом, выявить одно из химических соединений, которые растения используют для того, чтобы строить свое тело, а именно воду. Однако он был неправ, когда полагал, что вес дерева увеличился исключительно за счет воды. Какой же другой источник питания могло использовать его дерево?
Ответ на этот вопрос, сам того не сознавая, дал в 1771 г. Джозеф Пристли (Joseph Priestley). Он показал, что животные и растения изменяют состав окружающего воздуха прямо противоположным образом. Опыт Пристли состоял в следующем: помещая в закрытый сосуд горящую свечу он убеждался в том, что через некоторое время свеча гасла; но если затем он ставил в этот закрытый сосуд на несколько дней живое растение, то в сосуде снова могла гореть

свеча. Пристли сделал вывод, что «в растениях присутствует что-то способное исправлять воздух,... испорченный горением свечи». Далее Пристли установил, что живая мышь изменяет воздух точно таким же образом, как горящая свеча (рис. 11.7). Пристли полагал, что в его опытах воздух, который он считал единым веществом, переходит из одной формы в другую. Мы теперь знаем, что животные и пламя свечи поглощают содержащийся в воздухе кислород, а растения, наоборот, выделяют кислород во время фотосинтеза.
В 1782 г. Жан Сенебье (Jean Senebier) показал, что растения, выделяя кислород, одновременно поглощают двуокись углерода. Это заставило его предположить, что в вещество растения превращается углерод, входящий в состав двуокиси углерода; иными словами, что в опыте ван Гельмонта источником питания растения, о котором сам ван Гельмонт не подозревал, был этот содержащийся в воздухе газ.

Австрийский врач Ян Ингенхауз (Jan Ingenhousz) обнаружил, что растения выделяют кислород только на свету. Он погружал ветку ивы в воду и наблюдал, что на свету на листьях образуются пузырьки кислорода. Появление этого побочного продукта фотосинтеза свидетельствовало о том, что фотосинтез идет. Если листья находились в темноте, пузырьки не появлялись. В 1796 г.
Рис. 11.7. Опыты Пристли. А. Свеча, горящая в закрытом сосуде, через некоторое время гаснет. Б. Мышь погибает, если оставить ее в закрытом сосуде. В. Если вместе с мышью поместить в сосуд растение, то мышь не погибнет.

Рис. 11.8. Схема, в которой сведено то, что было известно о фотосинтезе к концу XIX в. К этому времени было выяснено, что растения на свету синтезируют углеводы (СН20), используя в качестве исходных соединений двуокись углерода (С02) и воду (Н20). По мере поглощения двуокиси углерода выделяется кислород (02).





Ингенхауз дал общее уравнение фотосинтеза:
С02 + Н2 О = Растительные ткани + Ог
Позже, в XIX в., рассматривая освещенные листья в микроскоп, исследователи заметили, что крахмальные зерна при фотосинтезе увеличиваются. Это привело их к мысли, что непосредственными продуктами фотосинтеза являются углеводы. Таким образом, в основных чертах схема фотосинтеза была завершена (рис. 11.8):

Поскольку из двух исходных соединений, участвующих в процессе фотосинтеза только двуокись углерода содержит углерод, было ясно, что именно она служит источником углерода для углеводов. В отношении кислорода, который присутствует и в двуокиси углерода, и в воде, подобной ясности не было. Лишь в 1941 г. удалось показать, что выделяющийся при фотосинтезе кислород происходит из воды. Чтобы доказать это, исследователи воспользовались «тяжелым кислородом», т. е. кислородом с избытком нейтронов в ядре (см. разд. 9.1). Если растению давали обычную двуокись углерода и воду, содержавшую тяжелый кислород, то оно выделяло тяжелый 02. Если же опыт ставили по-иному, с обычной водой, но с двуокисью углерода, содержавшей тяжелый кислород, то выделялся обычный 02 (рис. 11.9). 

Еще по теме Первые эксперименты по фотосинтезу:

1. ПЛОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2. Управление фотосинтезом
3. ВОЗДУШНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ (ФОТОСИНТЕЗ)
4. 5.2. Методические основы экспериментов по изучению операций обобщения и абстрагирования
5. Фотосинтез - световое воздушное автотрофное питание растений
6. Глава VII УВЕЛИЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДАВ АТМОСФЕРЕ, ФОТОСИНТЕЗ И УРОЖАИ
7. Применение эксперимента в цитоэмбриологии. Изучение цветения, опыления и плодоношения
8. 8-3. Первые бактерии
9. ПЕРВЫЕ СВИДЕТЕЛИ
10. Первые итоги
11. Первые поиски доказательств
12. Портал "ПЛАНЕТА ЖИВОТНЫХ". Первые коровы, 2010
13. Первые исследования окислительных процессов