Елена ГолецИстория изучения фотосинтеза берет свое начало с середины ХVIII ст..
Понятие о фотосинтезе
Фотосинтезом называется первичный синтез органических веществ из углекислого газа и воды, протекающий в тканях зеленых растений с использованием энергии света, которая при этом превращается в потенциальную химическую энергию органических веществ. Этот процесс выражают суммарным уравнением:
6СО2+6Н2 О + (энергия света (686 ккал)/хлорофилл) = С6Н12О6+6О2
Процесс фотосинтеза очень сложен и состоит из целого ряда биофизических и биохимических процессов.
На основе поглощаемой хлорофиллом солнечной энергии растения перестраивают молекулы СО2 и Н2О, восстанавливая углерод и превращая его из соединения неорганического в органическое, и выделяют кислород.
Синтезируемые зелеными растениями органические вещества и сосредоточенная в них энергия являются основными источниками материи и энергии, используемыми другими организмами в процессе их жизнедеятельности, (подробнее: Чем полезен лес).
Сухое вещество растений почти наполовину состоит из углерода. При исключении углекислого газа из атмосферы растения прекращают накопление органических веществ и вскоре погибают.
Следовательно, для нормального роста растений необходим углекислый газ, который они получают из воздуха. По объему углекислый газ в воздухе составляет 0,03%.
М. В. Ломоносов о воздушном питании растений
М. В. Ломоносов (1761 г.) первый высказал мысль о воздушном питании растений, но экспериментальных данных у него не было.
Опыты Д. Пристли
Изучение влияния растений на состав окружающего воздуха впервые было проведено Д. Пристли (1773 г.).
В его опытах мышь, накрытая стеклянным колоколом, погибала, но помещенная вместе с веткой мяты в те же условия оставалась живой. Д. Пристли установил тот факт, что растения способны «исправлять» воздух. Однако то, что это «исправление» воздуха происходит лишь на свету, ускользнуло от внимания Д. Пристли в его первых опытах.
В дальнейшем Д. Пристли и И. Ингенгауз (1779 г.) установили, что растения могут исправлять воздух только на свету, а в темноте они, так же как и животные, «портят» воздух. Исправление воздуха на свету свойственно только зеленым частям растения.
Таким образом, в этих опытах были впервые получены доказательства существования у растений двух прямо противоположных процессов, влияющих на состав воздуха. Но ни Пристли, ни Ингенгауз не поняли, какое значение имеет «исправление» воздуха для самого растения.
Ж. Сенебье о процессе углеродного питания
Ж. Сенебье (1782 г.) доказал, что усвоение растениями углекислого газа и выделение кислорода на свету — это процесс углеродного питания, в результате которого углерод накапливается в растениях. Сенебье впервые дал правильное объяснение сущности газообмена растений.
Опыты Н. Соссюра
Серия этих открытий в области фотосинтеза завершилась опытами Н. Соссюра (1804 г.), который количественно показал, что объемы обмениваемых газов — кислорода и углекислого газа — в этом процессе равны и что одновременно с углекислотой используется и вода, так как прибыль в весе сухой массы растения значительно превосходила вес углерода в углекислоте. Так было установлено происхождение углерода, кислорода и водорода в растениях.
Таким образом, на протяжении XVIII и в начале XIX столетия были выяснены основные положения воздушного питания растений: поглощение углекислого газа, выделение кислорода, необходимость света и хлорофилла и характер конечных продуктов. Однако в чем заключалась роль света, оставалось неясным.
К. А. Тимирязевым продолжена история изучения фотосинтеза
Следующим этапом в познании природы фотосинтеза является изучение К. А. Тимирязевым энергетической стороны этого процесса и роли света. К. А. Тимирязев показал, что свет, поглощаемый хлорофиллом, необходим как источник энергии, и доказал приложимость к процессу фотосинтеза закона о сохранении энергии.
Большой вклад в изучение пигментов, участвующих в фотосинтезе, внесли:
- Вильштеттер, давший формулу хлорофилла и каротиноидов,
- М. С. Цвет, разработавший хроматографический метод для разделения пигментов листа.
Экология фотосинтеза изучалась многими русскими учеными:
- С. П. Костычевым,
- В. Н. Любименко,
- А. А. Ивановым,
- Д. И. Ивановским,
- А. А Рихтером.
Большой вклад в развитие химии фотосинтеза внесли советские ученые:
- А. И. Теренин,
- А. А. Красновский,
- А. А. Ничипорович,
- Т. Н. Годнев,
а за рубежом:
- О. Варбург,
- М. Кальвин,
- Е. И. Рабинович и др.