3.1: Відкриття фотосинтезу

Історія досліджень, проведених з фотосинтезу, датується 17 століттям з Яном Баптистом ван Гельмонтом. Він відкинув давню думку про те, що рослини забирають більшу частину своєї біомаси з грунту. На доказ він виконав експеримент з вербовим деревом. Починав він з верби 2,27 кг. За 5 років він виріс до 67,7 кг. Однак вага грунту знизився лише на 57 грам. Ван Хелмонт прийшов до висновку, що рослини повинні брати більшу частину своєї ваги з води. Він не знав про гази.

Джозеф Прістлі провів серію експериментів у 1772 році (рис.$\PageIndex{1}$). Він випробував мишу, свічку і гілочку м'яти під герметично закритою (повітря не може заходити або назовні) банку. Він вперше зауважив, що миша і свічка поводяться дуже однаково при прикритті, в тому, що вони обидва «витрачають» повітря. Однак, коли рослина поміщається або зі свічкою, або мишкою, рослина «оживляє» повітря для обох.

Подальші ідеї були винесені наприкінці 1700-х рр., Ян Інгенхус і Жан Сенебье виявили, що повітря відроджується лише в денний час і що СО$_2$ збирається заводами. Антуан-Лоран Лавуазер встановив, що «ожилий повітря» - це окремий газ, кисень.

Але що таке кисневий «виробник»? У рослині багато пігментів, і всі приймають і відображають деякі частини веселки. Щоб виявити винуватця, Томас Енгельманн провів експеримент (рис.$\PageIndex{2}$), використовуючи кришталеву призму. Він виявив, що водорості Spirogyra виробляють кисень в основному в синіх і червоних частинок спектра. Це була величезна знахідка. Він говорить про те, що ключовий фотосинтетичний пігмент повинен приймати сині і червоні промені, і таким чином відображати зелені промені. Синьо-зелений хлорофіл найкраще підходить під цей опис.

Ще один важливий факт був відкритий Фредеріком Блекманом в 1905 році. Він виявив, що якщо інтенсивність світла низька, підвищення температури насправді дуже мало впливає на швидкість фотосинтезу (рис.$\PageIndex{3}$). Однак зворотне зовсім не вірно, і світло здатний посилюватися

Фігурні$\PageIndex{1}$ експерименти Дж. Прістлі (1772).

фотосинтез навіть в холодному стані.

Цього не могло статися, якщо світло і температура є абсолютно незалежними факторами. Якщо температура і світло є складовими ланцюга, світло був першим («запалювання»), а температура - другим. Це в кінцевому підсумку показує, що фотосинтез має дві стадії. Перший - легка сцена. Цей етап відноситься до інтенсивності світла. Друга стадія - ферментативна (незалежна від світла) стадія, яка більше пов'язана з температурою. Світлові реакції залежать від кількості світла і води; вони виробляють кисень і енергію у вигляді АТФ. Ферментативні реакції залежать від вуглекислого газу і води; вони забирають енергію від світлових реакцій і виробляють вуглеводи. Іноді ферментативну стадію називають «темною», але це не правильно, оскільки в темряві рослина майже відразу закінчиться з легкої стадії АТФ. Тільки деякі процеси,$_4$ пов'язані з C (див. Нижче) можуть працювати вночі.

Оскільки молекули води витрачаються на світлову сцену, щоб зробити кисень і при цьому накопичуються (див. Нижче), одним з кращих «рівнянь», що описують фотосинтез в цілому, є $${CO}_2 + {H}_2{O} + {light} \rightarrow {carbohydrates} + H_2O + O_2$$

Малюнок$\PageIndex{2}$ Експеримент Th. Енгельманн (1881).