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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Photosynthèse. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Pendant plusieurs années, les chimistes français Peltier (1788-1842) et Cavantoux (1795-1877) ont travaillé ensemble. Cette collaboration fructueuse a conduit à la découverte de la strychnine et de la brucine. La plus grande gloire leur fut apportée par la découverte de la quinine, remède sûr contre la malaria. En 1817, des scientifiques ont publié "Une note sur la matière verte des feuilles". Ce sont Peltier et Kavant qui ont découvert la chlorophylle, la substance qui donne à toutes les plantes leur couleur verte. Certes, ils n'y attachaient pas trop d'importance. Les scientifiques ont aspergé les feuilles fraîches d'alcool. L'alcool est devenu vert et les feuilles sont devenues complètement incolores. De plus, Peltier et Kavantu ont lavé la masse verte semi-liquide obtenue avec de l'eau. Après avoir éliminé les impuretés solubles dans l'eau, ils l'ont ensuite séché et ont obtenu une poudre verte. Les scientifiques ont appelé cette substance chlorophylle (du grec "chloros" - vert et "phyllon" - feuille). Un départ a été fait. Wilstetter (1872-1942), fils d'un marchand de textile, biochimiste allemand, liait ses intérêts scientifiques aux pigments végétaux (la chlorophylle en fait partie). En 1913, avec son élève le plus proche Arthur Stoll, il publie l'ouvrage fondamental "Investigations of Chlorophyll". En 1915, Wilstetter a reçu le prix Nobel de chimie pour ce travail. Les résultats scientifiques de l'école de Wilstetter sont significatifs. Timiryazev a écrit plus tard que le travail de Willstetter "restera longtemps le point de départ de l'étude plus approfondie de la chlorophylle, et le futur historien notera deux périodes dans cette étude - avant Willstetter et après" lui "". "Tout d'abord, Wilstetter", écrit Yu G Chirkov, "a distingué deux principes dans la verdure - la chlorophylle a (c'est le plus important) et la chlorophylle b. La deuxième réalisation : Wilstetter a établi la composition chimique de la molécule de chlorophylle. La présence de carbone, d'hydrogène, d'azote et d'oxygène dans la chlorophylle était attendue. Mais le magnésium a été une surprise pour les scientifiques ! La chlorophylle a été le premier composé dans les tissus vivants contenant cet élément. Et enfin, le troisième : Wilstetter s'est mis à déterminer si toutes les plantes ont la même chlorophylle ? Après tout, combien y a-t-il de plantes différentes sur la planète, combien leurs conditions de vie varient, alors gèrent-elles vraiment toutes la même molécule de chlorophylle, pour ainsi dire, standard ? Et ici, Willstetter a de nouveau montré son caractère scientifique. Ni les contemporains ni les descendants n'auraient dû avoir l'ombre d'un doute sur la fiabilité des faits obtenus par lui ! Les travaux gigantesques ont duré deux années entières. À Zurich, où Wilstetter travaillait à l'époque, de nombreux assistants ont livré l'obscurité des plantes de divers endroits. Plantes terrestres et aquatiques, des vallées et des pentes des montagnes, du nord et du sud, des rivières, des lacs et des mers. Et de chaque spécimen obtenu, la chlorophylle a été extraite et sa composition chimique a été soigneusement analysée." Du coup, le scientifique était convaincu que la composition de la chlorophylle est la même partout ! L'hème est responsable de la couleur rouge du sang. L'hème et la chlorophylle sont basés sur la porphine. "... Hans Fischer a étudié l'hème au début", note Chirkov, attaché aux huit coins de la porphine... Les travaux de Fisher sur le décodage et la synthèse de l'hème ont été couronnés par le prix Nobel. Mais le scientifique ne voulait pas se reposer sur ses lauriers : désormais, il était fasciné par le mystère de la chlorophylle. Il a été rapidement établi: la base de la chlorophylle est toujours la même porphyrine IX, cependant, au lieu d'un atome de fer, un atome de magnésium y est "intercalé" (la présence de ce dernier a été prouvée par Wilstetter) ... ... Poursuivant ses recherches scientifiques, Fisher est devenu convaincu qu'à l'endroit où une queue à trois carbones est suspendue à une molécule d'hème, une énorme queue dépasse sur une molécule de chlorophylle - une chaîne à vingt carbones appelée phytol ... Désormais, dans n'importe quel manuel de physiologie végétale, vous pouvez trouver un "portrait" de cette fameuse molécule. La formule structurale de la chlorophylle occupe une page entière. Bien que ses véritables dimensions soient extrêmement modestes - 30 angströms ... La molécule de chlorophylle ressemble à un têtard : elle a une tête carrée plate (chlorophylline) et une longue queue (phytol). Au centre de la tête, comme l'œil d'un cyclope ou un diamant dans une couronne royale, un atome de magnésium s'exhibe. Si nous arrachons la queue de phytol du têtard et remplaçons l'atome de magnésium par un atome de fer, nous obtenons de l'hème. Et comme par magie, la couleur du pigment va changer : le vert va devenir rouge ! L'Américain Draper, suivi de l'Anglais Daubeny et des Allemands Sachs et Pfeffer, à la suite des expériences, a conclu que la photosynthèse se produit le plus intensément dans les rayons jaunes du soleil. Le scientifique russe Timiryazev n'était pas d'accord avec cette opinion. Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843–1920) est né dans une vieille famille noble. Le garçon a reçu son éducation primaire à la maison. Ensuite, Clément est entré dans le département naturel de la Faculté de physique et de mathématiques de l'Université de Saint-Pétersbourg. Les étudiants en sciences naturelles ont toujours été caractérisés par des sentiments démocratiques, et cette faculté était considérée comme le début traditionnel de la voie du raznochintsy russe. Au cours de sa deuxième année, Timiryazev a refusé de signer une promesse qu'il ne s'engagerait pas dans des activités anti-gouvernementales. Pour cela, il a été expulsé de l'université. Cependant, compte tenu des capacités exceptionnelles du jeune homme, il a été autorisé à poursuivre ses études en tant que bénévole. Comme en Russie, la carrière scientifique de Timiryazev s'est avérée fermée en raison de son manque de fiabilité, immédiatement après avoir obtenu son diplôme universitaire, il est parti à l'étranger. Le jeune scientifique travaille dans les laboratoires des plus grands biologistes français - P. Berthelot et J. Bussingault, et effectue également un stage en Allemagne avec le physicien Kirchhoff et le physiologiste Helmholtz. Dans l'une des universités allemandes, il obtient un doctorat. De retour en Russie, Timiryazev a commencé à travailler à l'Académie agricole et forestière Petrovsky. En 1871, après avoir soutenu sa thèse "Analyse spectrale de la chlorophylle", il fut élu professeur extraordinaire à l'Académie d'agriculture Petrovsky. Aujourd'hui, cette académie porte le nom de Timiriazev.En 1875, après avoir soutenu sa thèse de doctorat "Sur l'assimilation de la lumière par une plante", Timiriazev devient professeur ordinaire. Le premier livre de Timiryazev est consacré à la vulgarisation des idées Charles Darwin. Il fut pratiquement le premier à les ouvrir à la science russe et fut le premier à introduire le darwinisme comme programme d'études pour les étudiants. Timiryazev a consacré la majeure partie de sa vie à l'étude de la chlorophylle. Son brillant livre Plant Life (1878) a connu des dizaines d'éditions en russe et en langues étrangères. Il y montre, à l'aide d'exemples frappants, comment une plante verte se nourrit, grandit, se développe et se reproduit. Timiryazev possédait le don rare d'un scientifique vulgarisateur, capable d'expliquer très simplement les phénomènes scientifiques même à un lecteur inexpérimenté. Afin de réfuter la conclusion selon laquelle le maximum de photolyse se produit dans les rayons jaunes et de prouver que ce maximum se produit dans les rayons rouges, Timiryazev a mené toute une série d'expériences soigneusement réfléchies. Il crée lui-même les instruments les plus précis pour la preuve pratique de l'exactitude de ses conclusions théoriques. Timiryazev a montré que les conclusions erronées de Draper étaient le résultat d'expériences mal définies. Une condition indispensable au succès de ces expériences est la pureté du spectre. Pour que le spectre soit propre, c'est-à-dire pour que chaque section soit clairement délimitée des autres, la fente à travers laquelle passe le faisceau lumineux ne doit pas être plus large que 1 à 1,5 millimètre. En utilisant les méthodes d'analyse des gaz connues à l'époque, Draper a été contraint d'utiliser un espace allant jusqu'à 20 millimètres de diamètre. En conséquence, le spectre s'est avéré extrêmement impur. Dans ce cas, le plus grand mélange des rayons a eu lieu dans la partie moyenne, jaune-vert, qui est devenue presque blanche à partir de ce jaune légèrement coloré. C'est ici que Draper a trouvé l'effet maximal de la photosynthèse. Timiryazev a réussi dans ses expériences à éliminer l'erreur commise par Draper. Dans son étude de l'importance relative des différents rayons du spectre dans le processus de la photosynthèse, réalisée à l'été 1868, il y parvient par l'utilisation de soi-disant filtres de lumière. Dans ce cas, l'étude de l'intensité de la photosynthèse dans différents rayons de soleil est réalisée non pas dans le spectre, mais dans des rayons séparés, isolés du reste des rayons à l'aide de liquides colorés. Timiryazev a réussi à établir que la chlorophylle absorbe le plus complètement les rayons rouges. C'est dans ces rayons qu'il découvrit également la plus forte intensité de photosynthèse, ce qui indiquait le rôle décisif de la chlorophylle dans le phénomène étudié. Après avoir révélé l'erreur des expériences de Draper, Timiryazev a parfaitement compris en même temps que des résultats précis confirmant son hypothèse sur la dépendance de la photosynthèse sur le degré d'absorption de ces rayons par une feuille verte et sur la quantité de leur énergie ne peuvent être obtenus que à l'aide d'expériences réalisées directement dans le spectre. Ayant conçu toute une série d'études à cet égard, Timiryazev, tout d'abord, s'intéresse à l'étude des propriétés de la chlorophylle. Les recherches de Timiryazev ont clairement démontré, comme il l'a dit lui-même, "le rôle cosmique des plantes". Il a qualifié la plante d'intermédiaire entre le soleil et la vie sur notre planète. "Une feuille verte, ou plutôt un grain vert microscopique de chlorophylle, est un foyer, un point dans l'espace mondial, dans lequel l'énergie du soleil coule d'une extrémité, et toutes les manifestations de la vie sur terre proviennent de l'autre. Un La plante est un intermédiaire entre le ciel et la terre. C'est le vrai Prométhée, qui a volé le feu du ciel. Le rayon du soleil qu'il a volé brûle à la fois dans une torche vacillante et dans une éblouissante étincelle d'électricité. Le rayon du soleil se met en mouvement. à la fois le monstrueux volant d'une machine à vapeur géante, et le pinceau de l'artiste, et la plume du poète." Grâce aux recherches de Timiryazev, la vision de la plante comme un merveilleux accumulateur d'énergie solaire s'est fermement établie dans la science. Aujourd'hui, cela ne fait aucun doute : le chloroplaste est un dispositif de photosynthèse créé par la nature, et cette position désormais évidente a été prouvée en 1881 par Theodor Wilhelm Engelmann (1843-1909), physiologiste allemand, auteur de travaux remarquables sur la physiologie animale. Comme le note Chirkov: "La solution au problème était extrêmement ingénieuse. Les bactéries ont aidé. Ils n'ont pas de photosynthèse, mais ils ont, comme les gens et les animaux, besoin d'oxygène. Et l'oxygène est libéré par les cellules végétales. Dans quels endroits? Et c'est ce que faut savoir ! Engelman a raisonné comme suit: les bactéries se rassembleront dans les parties de la cellule végétale où l'oxygène est libéré, ces endroits seront les centres de la photosynthèse. Des bactéries et une cellule végétale sont placées dans une goutte d'eau. Tout cela était recouvert de verre, les bords étaient soigneusement enduits de vaseline : pour empêcher l'accès d'oxygène sous le verre depuis l'air. Si maintenant tout l'appareil est maintenu dans l'obscurité pendant un certain temps, les bactéries, ayant consommé tout l'oxygène du liquide, cesseront de bouger. Maintenant, la chose décisive : transférons notre appareil sur la platine du microscope et éclairons la cellule végétale afin que les rayons de lumière tombent sur ses différentes parties (et le reste est dans l'ombre). Et il est facile de s'assurer que les bactéries ne commencent à se déplacer que lorsqu'un faisceau de lumière tombe sur l'un des chloroplastes... Ainsi, finalement, cela a été clairement démontré: les chloroplastes sont ces usines où la plante fond habilement un faisceau de lumière en produits chimiques, et la chlorophylle contenue dans les chloroplastes catalyse ce processus. Le botaniste russe Andrei Sergeevich Famintsin (1835-1918) a prouvé que ce processus peut également avoir lieu sous un éclairage artificiel. En 1960, des journaux aux États-Unis et dans d'autres pays ont informé le monde que le célèbre chimiste organique américain Robert Berne Woodward (1917) avait réalisé une synthèse sans précédent de la chlorophylle. Auteur : Samin D.K.
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