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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Fotosíntesis. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. Durante varios años, los químicos franceses Peltier (1788–1842) y Cavantoux (1795–1877) trabajaron juntos. Esta fructífera colaboración condujo al descubrimiento de la estricnina y la brucina. La mayor gloria les trajo el descubrimiento de la quinina, un remedio seguro contra la malaria. En 1817, los científicos publicaron "Una nota sobre la materia verde de las hojas". Fueron Peltier y Kavant quienes descubrieron la clorofila, la sustancia que da a todas las plantas su color verde. Es cierto que no le dieron demasiada importancia a esto. Los científicos rociaron hojas frescas con alcohol. El alcohol se volvió verde y las hojas se volvieron completamente incoloras. Además, Peltier y Kavantu lavaron la masa verde semilíquida obtenida con agua. Después de eliminar las impurezas solubles en agua, lo secaron y obtuvieron un polvo verde. Los científicos llamaron a esta sustancia clorofila (del griego "cloros" - verde y "phyllon" - hoja). Se hizo un comienzo. Wilstetter (1872-1942), hijo de un comerciante textil, un bioquímico alemán, relacionó sus intereses científicos con los pigmentos vegetales (la clorofila es uno de ellos). En 1913, junto con su alumno más cercano Arthur Stoll, publicó la obra fundamental "Investigaciones de la clorofila". En 1915, Wilstetter recibió el Premio Nobel de Química por este trabajo. Los resultados científicos de la escuela de Wilstetter fueron significativos. Timiryazev escribió más tarde que el trabajo de Willstetter "seguirá siendo durante mucho tiempo el punto de partida en el estudio adicional de la clorofila, y el futuro historiador notará dos períodos en este estudio: antes de Willstetter y después de" él "". "En primer lugar, Wilstetter", escribe Yu G Chirkov, "distinguió dos principios en la vegetación: la clorofila a (es la más importante) y la clorofila b. El segundo logro: Wilstetter estableció la composición química de la molécula de clorofila. Se esperaba la presencia de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno en la clorofila. ¡Pero el magnesio fue una sorpresa para los científicos! La clorofila fue el primer compuesto en el tejido vivo que contenía este elemento. Y finalmente, el tercero: Wilstetter se dispuso a determinar si todas las plantas tienen la misma clorofila. Después de todo, cuántas plantas diferentes hay en el planeta, cuánto varían sus condiciones de vida, entonces, ¿realmente todas cuestan lo mismo, por así decirlo, la molécula de clorofila estándar? Y aquí Willstetter volvió a mostrar su carácter científico. ¡Ni sus contemporáneos ni sus descendientes deberían haber tenido ni una sombra de duda sobre la fiabilidad de los hechos obtenidos por él! La gigantesca obra duró dos años enteros. En Zurich, donde trabajaba Wilstetter en ese momento, numerosos asistentes entregaron la oscuridad de las plantas desde varios lugares. Plantas terrestres y acuáticas, de valles y laderas de montañas, del norte y del sur, de ríos, lagos y mares. Y de cada espécimen obtenido se extrajo la clorofila y se analizó cuidadosamente su composición química”. Como resultado, el científico estaba convencido de que la composición de la clorofila es la misma en todas partes. Heme es responsable del color rojo de la sangre. Tanto el hemo como la clorofila se basan en porfina. "...Hans Fischer estudió hemo al principio", señala Chirkov, adjunto a las ocho esquinas de la porfina... El trabajo de Fisher sobre la decodificación y síntesis del hemo fue coronado con el Premio Nobel. Pero el científico no quería dormirse en los laureles: ahora estaba fascinado por el misterio de la clorofila. Se estableció rápidamente: la base de la clorofila sigue siendo la misma porfirina IX, sin embargo, en lugar de un átomo de hierro, un átomo de magnesio está "intercalado" en ella (la presencia de este último fue probada por Wilstetter) ... ... Continuando con su investigación científica, Fisher se convenció de que en el lugar donde una cola de tres carbonos cuelga de una molécula de hemo, una enorme cola sobresale de una molécula de clorofila, una cadena de veinte carbonos llamada fitol... Ahora, en cualquier libro de texto sobre fisiología vegetal puedes encontrar un "retrato" de esta famosa molécula. La fórmula estructural de la clorofila ocupa una página entera. Aunque sus verdaderas dimensiones son extremadamente modestas: 30 angstroms... La molécula de clorofila es similar a un renacuajo: tiene una cabeza plana y cuadrada (clorofilina) y una cola larga (fitol). En el centro de la cabeza, como el ojo de un cíclope o un diamante en una corona real, luce un átomo de magnesio. Si arrancamos la cola de fitol del renacuajo y reemplazamos el átomo de magnesio con un átomo de hierro, obtenemos hemo. Y como por arte de magia, el color del pigmento cambiará: ¡el verde se volverá rojo! El estadounidense Draper, seguido por el inglés Daubeny y los alemanes Sachs y Pfeffer, como resultado de los experimentos, concluyó que la fotosíntesis ocurre con mayor intensidad en los rayos amarillos de la luz solar. El científico ruso Timiryazev no estuvo de acuerdo con esta opinión. Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843–1920) nació en una antigua familia noble. El niño recibió su educación primaria en casa. Luego, Clement ingresó al departamento natural de la Facultad de Física y Matemáticas de la Universidad de San Petersburgo. Los estudiantes de ciencias naturales siempre se han caracterizado por sentimientos democráticos, y esta facultad se consideraba el comienzo tradicional del camino de la raznochintsy rusa. En su segundo año, Timiryazev se negó a firmar un compromiso de que no participaría en actividades antigubernamentales. Por esto fue expulsado de la universidad. Sin embargo, dadas las habilidades sobresalientes del joven, se le permitió continuar su educación como voluntario. Dado que en Rusia la carrera científica de Timiryazev resultó estar cerrada debido a su falta de confiabilidad, inmediatamente después de graduarse de la universidad se fue al extranjero. El joven científico trabaja en los laboratorios de los biólogos franceses más grandes: P. Berthelot y J. Bussingault, y también realiza una pasantía en Alemania con el físico Kirchhoff y el fisiólogo. Helmholtz. En una de las universidades alemanas, se le otorga un doctorado. Al regresar a Rusia, Timiryazev comenzó a trabajar en la Academia de Agricultura y Silvicultura de Petrovsky. En 1871, después de defender su tesis "Análisis espectral de la clorofila", fue elegido profesor extraordinario en la Academia de Agricultura de Petrovsky. Hoy, esta academia lleva el nombre de Timiryazev. En 1875, después de defender su tesis doctoral "Sobre la asimilación de la luz por una planta", Timiryazev se convirtió en profesor ordinario. El primer libro de Timiryazev está dedicado a la popularización de ideas. charles darwin. Fue prácticamente el primero en abrirlos a la ciencia rusa y fue el primero en introducir el darwinismo como plan de estudios para los estudiantes. Timiryazev dedicó la mayor parte de su vida al estudio de la clorofila. Su brillante libro Plant Life (1878) pasó por docenas de ediciones en ruso y en idiomas extranjeros. En él, con vívidos ejemplos, mostró cómo una planta verde se alimenta, crece, se desarrolla y se reproduce. Timiryazev poseía el raro don de un científico divulgador, que podía explicar los fenómenos científicos de manera muy simple incluso a un lector inexperto. Para refutar la conclusión de que el máximo de fotólisis ocurre en los rayos amarillos y para demostrar que este máximo ocurre en los rayos rojos, Timiryazev llevó a cabo toda una serie de experimentos cuidadosamente pensados. Él mismo crea los instrumentos más precisos para la prueba práctica de la corrección de sus conclusiones teóricas. Timiryazev demostró que las conclusiones erróneas de Draper fueron el resultado de experimentos establecidos incorrectamente. Una condición indispensable para el éxito de estos experimentos es la pureza del espectro. Para que el espectro sea limpio, es decir, para que cada sección quede claramente delimitada de las demás, la rendija por la que pasa el haz de luz no debe tener una anchura superior a 1-1,5 milímetros. Usando los métodos de análisis de gases conocidos en ese momento, Draper se vio obligado a usar un espacio de hasta 20 milímetros de diámetro. Como resultado, el espectro resultó ser extremadamente impuro. En este caso, la mayor mezcla de los rayos se produjo en la parte media, amarillo verdosa, que se volvió casi blanca a partir de esta, ligeramente coloreada de amarillo. Fue aquí donde Draper encontró el máximo efecto de la fotosíntesis. Timiryazev logró en sus experimentos eliminar el error cometido por Draper. En su estudio de la importancia relativa de los distintos rayos del espectro en el proceso de fotosíntesis, realizado en el verano de 1868, lo consigue mediante el uso de los llamados filtros de luz. En este caso, el estudio de la intensidad de la fotosíntesis en diferentes rayos de luz solar no se realiza en el espectro, sino en rayos separados, aislados del resto de los rayos con la ayuda de líquidos coloreados. Timiryazev consiguió establecer que la clorofila absorbe por completo los rayos rojos. Fue en estos rayos donde también descubrió la mayor intensidad de la fotosíntesis, lo que indicó el papel decisivo de la clorofila en el fenómeno en estudio. Habiendo revelado la falacia de los experimentos de Draper, Timiryazev entendió perfectamente bien al mismo tiempo que solo se pueden lograr resultados precisos que confirmen su hipótesis sobre la dependencia de la fotosíntesis en el grado de absorción de estos rayos por una hoja verde y en la cantidad de su energía con la ayuda de experimentos realizados directamente en el espectro. Habiendo concebido toda una gama de estudios a este respecto, Timiryazev, en primer lugar, presta atención al estudio de las propiedades de la clorofila. La investigación de Timiryazev demostró claramente, como él mismo dijo, "el papel cósmico de las plantas". Llamó a la planta un intermediario entre el sol y la vida en nuestro planeta. "Una hoja verde, o más bien, un microscópico grano verde de clorofila, es un foco, un punto en el espacio del mundo, en el que la energía del sol fluye desde un extremo, y todas las manifestaciones de la vida en la tierra se originan en el otro. La planta es un intermediario entre el cielo y la tierra. Es verdadero Prometeo, quien robó el fuego del cielo. El rayo de sol que robó arde tanto en una antorcha parpadeante como en una chispa deslumbrante de electricidad. El rayo de sol se pone en movimiento. tanto el volante monstruoso de una máquina de vapor gigante, y el pincel del artista, y la pluma del poeta ". Gracias a la investigación de Timiryazev, la visión de la planta como un maravilloso acumulador de energía solar se ha establecido firmemente en la ciencia. Hoy no hay duda: el cloroplasto es un dispositivo para la fotosíntesis creado por la naturaleza, y esta posición ahora obvia fue demostrada en 1881 por Theodor Wilhelm Engelmann (1843-1909), fisiólogo alemán, autor de destacados trabajos sobre fisiología animal. Como señala Chirkov: "La solución al problema fue extremadamente ingeniosa. Las bacterias ayudaron. No tienen fotosíntesis, pero, al igual que las personas y los animales, necesitan oxígeno. Y las células vegetales liberan oxígeno. ¿En qué lugares? Y esto es lo que ¡tengo que averiguarlo! Engelman razonó de la siguiente manera: las bacterias se acumularán en aquellas partes de la célula vegetal donde se libera oxígeno, estos lugares serán los centros de fotosíntesis. Se colocan bacterias y una célula vegetal en una gota de agua. Todo esto estaba cubierto con vidrio, los bordes estaban cuidadosamente untados con vaselina: para evitar el acceso de oxígeno debajo del vidrio desde el aire. Si ahora todo el dispositivo se mantiene en la oscuridad por un tiempo, entonces las bacterias, habiendo consumido todo el oxígeno en el líquido, dejarán de moverse. Ahora lo decisivo: pasemos nuestro dispositivo a la platina del microscopio e iluminemos la célula vegetal para que los rayos de luz caigan sobre sus diversas partes (y el resto quede en sombra). Y es fácil asegurarse de que las bacterias comiencen a moverse solo cuando un haz de luz cae sobre uno de los cloroplastos... Entonces, finalmente, se demostró claramente: los cloroplastos son esas fábricas donde la planta hábilmente derrite un rayo de luz en productos químicos, y la clorofila contenida en los cloroplastos cataliza este proceso. El botánico ruso Andrei Sergeevich Famintsin (1835–1918) demostró que este proceso también puede tener lugar bajo iluminación artificial. En 1960, los periódicos de los Estados Unidos y otros países informaron al mundo que el famoso químico orgánico estadounidense Robert Berne Woodward (1917) había logrado una síntesis de clorofila sin precedentes. Autor: Samin D.K.
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