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LE PRINCIPALI SCOPERTE SCIENTIFICHE
Fotosintesi. Storia ed essenza della scoperta scientifica
Elenco / Le scoperte scientifiche più importanti Per diversi anni i chimici francesi Peltier (1788–1842) e Cavantoux (1795–1877) lavorarono insieme. Questa fruttuosa collaborazione portò alla scoperta della stricnina e della brucina. La più grande gloria fu loro data dalla scoperta del chinino, sicuro rimedio contro la malaria. Nel 1817, gli scienziati pubblicarono "Una nota sulla materia verde delle foglie". Furono Peltier e Kavantou a scoprire la clorofilla, la sostanza che conferisce a tutte le piante il loro colore verde. È vero, non attribuivano troppa importanza a questo. Gli scienziati hanno cosparso di alcol le foglie fresche. L'alcol è diventato verde e le foglie sono diventate completamente incolori. Inoltre Peltier e Kavantu hanno lavato con acqua la massa verde semiliquida ottenuta. Dopo aver rimosso le impurità idrosolubili, lo hanno asciugato e ottenuto una polvere verde. Gli scienziati hanno chiamato questa sostanza clorofilla (dal greco "chloros" - verde e "phyllon" - foglia). È stato fatto un inizio. Wilstetter (1872-1942), figlio di un commerciante di tessuti, un biochimico tedesco, collegò i suoi interessi scientifici con i pigmenti vegetali (la clorofilla è uno di questi). Nel 1913, insieme al suo allievo più vicino Arthur Stoll, pubblicò l'opera fondamentale "Indagini sulla clorofilla". Nel 1915, Wilstetter ricevette il premio Nobel per la chimica per questo lavoro. I risultati scientifici della scuola di Wilstetter furono significativi. Timiryazev scrisse in seguito che il lavoro di Willstetter "rimarrà a lungo il punto di partenza nell'ulteriore studio della clorofilla, e il futuro storico noterà due periodi in questo studio: prima di Willstetter e dopo" lui "". "Prima di tutto, Wilstetter", scrive Yu G Chirkov, "ha distinto due principi nel verde: la clorofilla a (è la più importante) e la clorofilla B. Il secondo risultato: Wilstetter ha stabilito la composizione chimica della molecola di clorofilla. " Ci si aspettava la presenza di carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno nella clorofilla. Ma il magnesio è stata una sorpresa per gli scienziati! La clorofilla è stato il primo composto nei tessuti viventi a contenere questo elemento. E infine, il terzo: Wilstetter ha deciso di determinare se tutte le piante hanno la stessa clorofilla? Dopotutto, quante piante diverse ci sono sul pianeta, quanto variano le loro condizioni di vita, quindi costano davvero tutte la stessa molecola di clorofilla, per così dire, standard? E qui Willstetter ha mostrato ancora una volta il suo carattere scientifico. Né i contemporanei né i discendenti avrebbero dovuto avere nemmeno l'ombra di dubbio sull'attendibilità dei fatti da lui ottenuti! Il gigantesco lavoro è durato due anni interi. A Zurigo, dove all'epoca lavorava Wilstetter, numerosi assistenti consegnavano l'oscurità delle piante da vari luoghi. Piante terrestri e acquatiche, di valli e pendii montuosi, di nord e sud, di fiumi, laghi e mari. E da ogni campione ottenuto è stata estratta la clorofilla e la sua composizione chimica è stata attentamente analizzata". Di conseguenza, lo scienziato era convinto che la composizione della clorofilla fosse la stessa ovunque! L'eme è responsabile del colore rosso del sangue. Sia l'eme che la clorofilla sono a base di porfina. "... Hans Fischer ha studiato eme all'inizio", osserva Chirkov, attaccato agli otto angoli della porfina... Il lavoro di Fisher sulla decodifica e sintesi dell'eme è stato incoronato con il Premio Nobel. Ma lo scienziato non voleva riposare sugli allori: ora era affascinato dal mistero della clorofilla. È stato subito stabilito: la base della clorofilla è sempre la stessa porfirina IX, tuttavia, al posto di un atomo di ferro, vi è "intercalato" un atomo di magnesio (la presenza di quest'ultimo è stata dimostrata da Wilstetter) ... ... Continuando la sua ricerca scientifica, Fisher si convinse che nel punto in cui una coda di tre atomi di carbonio pende su una molecola di eme, un'enorme coda sporge su una molecola di clorofilla - una catena di venti atomi di carbonio chiamata fitolo ... Ora in qualsiasi libro di testo sulla fisiologia vegetale puoi trovare un "ritratto" di questa famosa molecola. La formula di struttura della clorofilla occupa un'intera pagina. Sebbene le sue dimensioni reali siano estremamente modeste - 30 angstrom ... La molecola della clorofilla è simile a un girino: ha una testa quadrata piatta (clorofillina) e una lunga coda (fitolo). Al centro della testa, come l'occhio di un ciclope o un diamante in una corona reale, ostenta un atomo di magnesio. Se strappiamo la coda di fitolo dal girino e sostituiamo l'atomo di magnesio con un atomo di ferro, otteniamo eme. E come per magia, il colore del pigmento cambierà: il verde diventerà rosso! L'americano Draper, seguito dall'inglese Daubeny e dai tedeschi Sachs e Pfeffer, a seguito degli esperimenti, concluse che la fotosintesi si verifica più intensamente nei raggi gialli della luce solare. Lo scienziato russo Timiryazev non era d'accordo con questa opinione. Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843–1920) nacque in un'antica famiglia nobile. Il ragazzo ha ricevuto la sua istruzione primaria a casa. Quindi Clemente entrò nel dipartimento naturale della Facoltà di Fisica e Matematica dell'Università di San Pietroburgo. Gli studenti di scienze naturali sono sempre stati caratterizzati da sentimenti democratici e questa facoltà era considerata l'inizio tradizionale del percorso della raznochintsy russa. Nel suo secondo anno, Timiryazev ha rifiutato di firmare un impegno a non impegnarsi in attività antigovernative. Per questo fu espulso dall'università. Tuttavia, date le eccezionali capacità del giovane, gli fu permesso di continuare la sua formazione come volontario. Poiché in Russia la carriera scientifica di Timiryazev si è rivelata chiusa a causa della sua inaffidabilità, subito dopo essersi laureato all'università è andato all'estero. Il giovane scienziato lavora nei laboratori dei più grandi biologi francesi - P. Berthelot e J. Bussingault, e fa anche uno stage in Germania con il fisico Kirchhoff e il fisiologo Helmholtz. In una delle università tedesche, ottiene un dottorato. Ritornato in Russia, Timiryazev iniziò a lavorare presso l'Accademia agricola e forestale Petrovsky. Nel 1871, dopo aver discusso la sua dissertazione "Analisi spettrale della clorofilla", fu eletto professore straordinario presso l'Accademia agraria Petrovsky. Oggi questa accademia porta il nome di Timiryazev. Nel 1875, dopo aver discusso la sua tesi di dottorato "Sull'assimilazione della luce da parte di una pianta", Timiryazev divenne un professore ordinario. Il primo libro di Timiryazev è dedicato alla divulgazione delle idee Carlo Darwin. Fu praticamente il primo ad aprirli alla scienza russa e fu il primo a introdurre il darwinismo come curriculum per gli studenti. Timiryazev ha dedicato gran parte della sua vita allo studio della clorofilla. Il suo brillante libro Plant Life (1878) ha avuto dozzine di edizioni in russo e in lingue straniere. In esso, usando esempi vividi, ha mostrato come una pianta verde si nutre, cresce, si sviluppa e si riproduce. Timiryazev possedeva il raro dono di uno scienziato divulgatore, che era in grado di spiegare i fenomeni scientifici in modo molto semplice anche a un lettore inesperto. Per confutare la conclusione che il massimo della fotolisi si verifica nei raggi gialli e per dimostrare che questo massimo si verifica nei raggi rossi, Timiryazev ha condotto un'intera serie di esperimenti attentamente ponderati. Egli stesso crea gli strumenti più accurati per la prova pratica della correttezza delle sue conclusioni teoriche. Timiryazev ha mostrato che le conclusioni errate di Draper erano il risultato di esperimenti impostati in modo errato. Condizione indispensabile per il successo di questi esperimenti è la purezza dello spettro. Affinché lo spettro sia pulito, cioè ogni sezione sia chiaramente delimitata dalle altre, la fenditura attraverso la quale passa il raggio di luce non deve essere più larga di 1–1,5 millimetri. Utilizzando i metodi di analisi dei gas allora conosciuti, Draper fu costretto a utilizzare uno spazio vuoto fino a 20 millimetri di diametro. Di conseguenza, lo spettro si è rivelato estremamente impuro. In questo caso, la maggiore mescolanza dei raggi avveniva nella parte mediana giallo-verde, che da questa divenne quasi bianca, leggermente colorata di giallo. Fu qui che Draper trovò il massimo effetto della fotosintesi. Timiryazev è riuscito nei suoi esperimenti ad eliminare l'errore commesso da Draper. Nel suo studio dell'importanza relativa dei diversi raggi dello spettro nel processo di fotosintesi, condotto nell'estate del 1868, ottiene ciò mediante l'uso dei cosiddetti filtri di luce. In questo caso, lo studio dell'intensità della fotosintesi in diversi raggi di luce solare non viene effettuato nello spettro, ma in raggi separati, isolati dal resto dei raggi con l'aiuto di liquidi colorati. Timiryazev è riuscito a stabilire che la clorofilla assorbe più completamente i raggi rossi. Fu in questi raggi che scoprì anche la più alta intensità della fotosintesi, che indicava il ruolo decisivo della clorofilla nel fenomeno in studio. Avendo rivelato la fallacia degli esperimenti di Draper, Timiryazev comprese perfettamente allo stesso tempo che risultati accurati a conferma della sua ipotesi sulla dipendenza della fotosintesi dal grado di assorbimento di questi raggi da parte di una foglia verde e dalla quantità della loro energia possono essere raggiunti solo con l'aiuto di esperimenti effettuati direttamente nello spettro. Avendo concepito tutta una serie di studi a questo proposito, Timiryazev, prima di tutto, presta attenzione allo studio delle proprietà della clorofilla. La ricerca di Timiryazev ha chiaramente dimostrato, come lui stesso ha affermato, "il ruolo cosmico delle piante". Ha definito la pianta un intermediario tra il sole e la vita sul nostro pianeta. "Una foglia verde, o meglio, un microscopico granello verde di clorofilla, è un punto focale, un punto nello spazio del mondo, in cui l'energia del sole fluisce da un'estremità e tutte le manifestazioni della vita sulla terra hanno origine dall'altra. pianta è un intermediario tra il cielo e la terra. È il vero Prometeo, che rubò il fuoco dal cielo. Il raggio del sole che rubò brucia sia in una torcia tremolante che in una scintilla abbagliante di elettricità. Il raggio del sole si mette in moto sia il mostruoso volano di un gigantesco motore a vapore, sia il pennello dell'artista e la penna del poeta. Grazie alla ricerca di Timiryazev, la visione della pianta come un meraviglioso accumulatore di energia solare si è saldamente affermata nella scienza. Oggi non ci sono dubbi: il cloroplasto è un dispositivo per la fotosintesi creato dalla natura, e questa posizione ormai ovvia fu dimostrata nel 1881 da Theodor Wilhelm Engelmann (1843–1909), un fisiologo tedesco, autore di opere eccezionali sulla fisiologia animale. Come osserva Chirkov: "La soluzione al problema è stata estremamente ingegnosa. I batteri hanno aiutato. Non hanno la fotosintesi, ma, come le persone e gli animali, hanno bisogno di ossigeno. E l'ossigeno viene rilasciato dalle cellule vegetali. In quali luoghi? E questo è ciò che devo scoprirlo! Engelman ragionava così: i batteri si raccoglieranno in quelle parti della cellula vegetale dove viene rilasciato ossigeno, questi luoghi saranno i centri della fotosintesi. I batteri e una cellula vegetale sono posti in una goccia d'acqua. Tutto questo era ricoperto di vetro, i bordi erano accuratamente imbrattati di vaselina: per impedire l'accesso dell'ossigeno sotto il vetro dall'aria. Se ora l'intero dispositivo viene tenuto al buio per un po', i batteri, avendo consumato tutto l'ossigeno nel liquido, smetteranno di muoversi. Ora la cosa decisiva: trasferiamo il nostro dispositivo sul tavolino del microscopio e illuminiamo la cellula vegetale in modo che i raggi di luce cadano sulle sue varie parti (e il resto sia in ombra). Ed è facile assicurarsi che i batteri inizino a muoversi solo quando un raggio di luce cade su uno dei cloroplasti... Quindi, finalmente, è stato chiaramente dimostrato: i cloroplasti sono quelle fabbriche in cui la pianta fonde abilmente un raggio di luce in sostanze chimiche e la clorofilla contenuta nei cloroplasti catalizza questo processo. Il botanico russo Andrei Sergeevich Famintsin (1835–1918) dimostrò che questo processo può avvenire anche con illuminazione artificiale. Nel 1960, i giornali negli Stati Uniti e in altri paesi informarono il mondo che il famoso chimico organico americano Robert Berne Woodward (1917) aveva raggiunto una sintesi di clorofilla senza precedenti. Autore: Samin D.K.
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