Фотосинтез. Прошлое и будущее

Содержание

 

Введение                                                                                                                                       3                                                                                    Глава 1. Ученые и их открытия.                                                                                                 4                                                   1.1 Открытие Пристли                                                                                                                7                                         Глава 2. История фотосинтеза                                                                                                    8                             Глава 3. Значение фотосинтеза в природе                                                                               11                                                                       Глава 4. Фотохимические реакции фотосинтеза. Общее представление о фотосистемах  16                                                                    Глава 5. Генетика и экология фотосинтеза                                                                               20                                                 Глава 6. Зеленая архитектура                                                                                                     22                                                                      6.1 Сколько растениям солнца надо?                                                                                        22                                                 6.2 Фотосинтез и урожай                                                                                                            23                                              6.3 Фотосинтез и биосфера                                                                                                         23                     6.4 Процессы происходящие в листе                                                                                         24               7. Заключение                                                                                                                               26              8. Список литературы                                                                                                                  28

9.Рецензия                                                                                                                                     29                 10 Приложение                                                                                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

ФОТОСИНТЕЗ (от фото... и синтез), уникальный физико-химический процесс, осуществляемый на Земле всеми зелеными растениями и некоторыми бактериями и обеспечивающий преобразование электромагнитной энергии солнечных лучей в энергию химических связей различных органических соединений. Фотосинтез играет ведущую роль в биосферных процессах, приводя в глобальных масштабах к образованию органического вещества из неорганического.

В течение тысячелетий люди считали, что питается растение исключительно благодаря корням, поглощая с их помощью все  необходимые вещества из почвы, что растение не просто превращает углекислый газ в кислород. На эти и другие некоторые вопросы можно ответить, прочитав реферат.

Я выбрала реферат на тему «Фотосинтез» так как эта тема актуальна  в наши дни. Глобальные загрязнения  мешают Планете «свободно дышать», а зелёные растения и некоторые бактерии выделяют свободный кислород в атмосферу, который необходим для дыхания всех живых организмов, населяющих нашу Планету. Процесс фотосинтеза, осуществляющийся в грандиозных, космических масштабах, коренным образом преобразил лик нашей планеты. Ведь кроме зеленых растений в природе нет другого источника свободного дыхания.

Цели реферата:

1. Узнать имена ученых, кто впервые  столкнулся с понятием «фотосинтез»

2. Узнать историю происхождения  фотосинтеза

3. Узнать значение фотосинтеза  в природе, а так же его космическую роль

4. Узнать где и как происходит  этот процесс.

Реферат содержит шесть глав.

Введение

Глава 1: Учёные и их открытия.

               - Опыт Пристли

Глава 2. История фотосинтеза.

Глава 3: Значение фотосинтеза в  природе.

Глава 4. Фотохимические реакции фотосинтеза. Общее представление о фотосистемах.

Глава 5: Генетика и экология фотосинтеза.

Глава 6: Зелёная архитектура.

              - Сколько растениям солнца надо?

              - Фотосинтез и урожай.

              - Фотосинтез и биосфера.

              - Процессы, происходящие в листе.

Заключение

Заключение содержит имена ученых, которые прилагали усилия при  изучении фотосинтеза.

Приложение

Приложение содержит фотографии, которые  придают реферату яркость. С помощью  них читатель может наяву, а не в воображении представить полную картину действительности.

 

 

 

 

 

Глава 1 Ученые и их открытия

Как ученый-экспериментатор К.А. Тимирязев  занимался прежде всего изучением  фотосинтеза. Значение этой проблемы далеко выходит за пределы физиологии растении, так как с этим процессом связано существование не только растении, но и всего животного мира. Мало того, в фотосинтезе растение берёт и усваивает не только вещество, а именно углекислоту воздуха, но и энергию солнечных лучей. Это дало право  К.А. Тимирязеву говорить о космической роли растения как передатчика энергии Солнца нашей планете. Задача К.А. Тимирязева – обосновать закон сохранения энергии, который создан двумя мыслителями Гельмольцем и Робертом Майером. Блестящую мысль ученых он хотел превратить в несомненную истину, доказать солнечный источник жизни.   В конце 60-х годов XIX века, когда К.А. Тимирязев приступил к решению этой задачи,  физиология растении связывало разложение углекислоты не с энергией луча, а с его яркостью для нашего глаза. Он же, исходя из того , что реакция разложения углекислоты требует большой затраты энергии, искал связи этого процесса не с яркостью, а с энергией лучей, поглощаемых листом. С этой точки зрения, наиболее сильного разложения следовало ожидать в красных лучах, обладающих большей энергией и лучше поглощаемых хлорофиллом, чем лучи желтые. Повторив опыты Дрепера со всей тщательностью, он доказал, что этот автор получил максимум разложения углекислоты в желтых лучах вследствие того, что спектр в его опытах был недостаточно чист. При широкой щели спектроскопа, которую он применял, к желтой части спектра всегда примешивается значительное количество красных лучей. В чистых же монохроматических лучах разложение наиболее сильно идет в той части красных лучей, которая особенно сильно поглощается хлорофиллом. Наоборот, наиболее слабое разложение углекислого газа идет в зеленых лучах и крайних красных, которые хлорофиллом почти не поглощаются. Так была доказана связь фотосинтеза с хлорофиллом и с энергией поглощаемых им лучей. Даже в настоящее время осуществление этих классических опытов в чистом спектре представляет такие экспериментальные трудности, что до сих пор они никем не были повторены и остаются пока единственными. В то же время они были выполнены настолько тщательно, а уверенность в наличии связи разложения углекислоты с энергией луча так велика, что К.А. Тимирязев, получив максимум фотосинтеза в красных лучах, был убежден, что красные лучи несут не только больше энергии, чем лучи желтые, но что в них лежит максимум энергии всего солнечного спектра, который физики того времени помещали в инфракрасных лучах . Действительно, через несколько лет исследования физика Ланглея подтвердили мнение К.А. Тимирязева. Ланглей нашел максимум энергии полуденного солнца в красных лучах, именно в той их части, которая наиболее сильно поглощается хлорофиллом. Правда, следующие измерения астрофизика Аббота передвинули этот максимум в желто – зеленые лучи, но это не опровергло утверждении К.А. Тимирязева. Новая квантовая теория света убедительно доказала, что наиболее благоприятные энергетические условия для разложения углекислоты складывались в красных, а не желто – зеленых лучах. Не довольствуясь опытами, при которых отрезки листьев находились в трубочках с высокой концентрацией углекислоты. К.А. Тимирязев провел опыты и при естественном, малом содержании углекислоты в воздухе. Для этого он отбрасывал спектра лист, отмечая на нем места поглощения хлорофилла. После длительной выдержки на солнце он проявлял йодом крахмал в листе и получал почернение как раз в полосе поглощения хлорофилла в красных лучах. Этот опыт особенно наглядно показал, что действительно разложение углекислоты преимущественно происходит в красных лучах солнечного спектра, наиболее поглощаемых хлорофиллом и в то же время по своей энергии наиболее подходящих для этой реакции. Таким образом, хлорофилл оказался не только поглотителем энергии, но и наиболее совершенным поглотителем образовавшимся в процессе эволюции растением путем отбора. К этому результату К.А. Тимирязев пришел на основе, с одной стороны, закона сохранения энергии, с другой – биологического  учения Дарвина. Чтобы вполне оценить найденную им связь хлорофилла с фотосинтезом, следует указать, что в то время значение зеленой окраски растении было совершенно не ясно. Считалось, что окраска хлорофилла является чистой случайностью и никакого значения не имеет. К.А. Тимирязев впервые доказал, что зеленая окраска хлорофилла специально приспособлена для поглощения солнечной энергии, необходимой для разложения углекислоты.                                                                                                   Доказав участие хлорофилла в фотосинтезе, К.А. Тимирязев пошел и дальше. Он, если не объяснил, то указал путь к объяснению, каким образом поглощаемая энергия участвует в разложении углекислоты. Он показал, что этот пигмент можно рассматривать как сенсибилизатор (очувствитель), подобный фотографическим сенсибилизаторам. Как бесцветные соли серебра, не поглощающие желтых и красных лучей, разлагаются этими лучами в присутствии желтых и красных пигментов, так и бесцветная углекислота может разлагаться светом только там, где плазма окрашена хлорофиллом, т.е. в хлоропластах. В разъяснении механизма сенсибилизаторов кроется объяснение действия хлорофилла. Дальнейшие работы К.А. Тимирязева были посвящены развитию его учения о хлорофилле как  поглотителе энергии для фотосинтеза и изучению свойств и образования этого пигмента. Обычно это были краткие сообщения, отличающиеся оригинальностью постановки вопросов,  остроумием и изящностью их решения. Сводку всех своих работ за 35 лет К.А. Тимирязев дал в блестящей крунианской лекции о космической роли растении, прочитанной по приглашению  Лондонского королевского общества. В одной из своих лекций К.А. Тимирязев убедительно показал, что количество кислорода в воздухе нисколько не уменьшается, поскольку образующаяся углекислота постоянно разлагается вновь на углерод и кислород в зеленом листе растения. Не страшна человечеству и смерть в результате голода, ибо рост науки и техники дают возможность получать все более и более высокие урожаи сельскохозяйственных культур. А если бы и этого оказалась когда-нибудь недостаточно, то люди, говорил К.А. Тимирязев, научатся техническим путем синтезировать пищу, используя для этого огромное количество падающей на Землю солнечной энергии. Он приводил результаты вычислений, согласно которым количества солнечной энергии, падающей на 1м² земной поверхности, вполне достаточно для покрытия потребностей пяти человек.  В 1906 году К.А. Тимирязев выступил сборник «Земледелия и физиология растений», куда вошли прочитанные им в разное время лекции по вопросам агрономической науки и связанным с ними проблемам физиологии растений. Высказанные в сборнике идеи сыграли большую роль в воспитании нескольких поколений ученых и агрономических работников. Выдающуюся роль К.А. Тимирязев сыграл в пропаганде, защите и дальнейшем развитии дарвинизма. Огромной заслугой К.А. Тимирязева в развитии биологической науки была мысль о том, что биолог должен не только объяснять живую природу, но и изменять её в нужном для человека направлении. В этом вопросе особенно ярко оказалась его роль провозвестника мичуринского учения.                                                                                                                              Все работы  К.А. Тимирязева в области физиологии растений характеризуются стремлением связать науку с сельскохозяйственной практикой, подчинить ее нуждам земледелия. Он писал, что наука призвана сделать труд земледельца более производительным и последовательно проводил это требование в своей работе. К.А. Тимирязев рассматривал физиологию растений как научную основу рационального земледелия. В области агрономии, так же как в других областях науки, К.А. Тимирязев выступает и как теоретик широкого диапазона, и как тонкий, вдумчивый экспериментатор. Он выдвигает важное теоретическое положение агрономической науки о том, что в центре внимания исследователя должно находиться растение с его потребностями. Он писал, что растение составляет центральный предмет деятельности земледельца, поэтому все его знания должны быть приурочены к этому предмету. К.А. Тимирязев занимается изучением истории не только биологических наук, но и наук о неорганической природе, в частности физики, химии, минералогии, геологии и других. Но история биологии получает у него, разумеется особенно глубокое и обстоятельное освещение. В своих трудах  он раскрывает железную необходимость, с которой например, биология приходит на определенном этапе к историческому методу.  К.А. Тимирязев немало сделал для восстановления исторической правды о месте и роли русских ученых в развитии мировой науки. Он неоднократно указывал на самостоятельный характер и величине русской науки и культуры, решительно борясь против национального нигилизма.

К.А. Тимирязев говорит о том  вкладе в науку, который «принесло  древо русской мысли», начиная  от М.В. Ломоносова. На целом ряде фактов из истории математики, физики, химии, биологии и других наук К.А. Тимирязев  показывал, что русские естествоиспытатели прокладывали новые пути в науке, оказывая сильное влияние на ученых Европы. В качестве важнейшей отличительной особенности русских ученых К.А. Тимирязев указывает на их стремление к широким философским обобщениям. «Не в накоплении бесчисленных цифр метеорологических дневников, - пишет он, - а в раскрытии основных законов математического мышления, не в изучении местных фаун и флор, а в раскрытии основных законов истории развития организмов, не в описании ископаемых богатств своей страны, а в раскрытии основных законов химических явлений, - вот в чем, главным образом, русская наука заявила свою равноправность, а порою и превосходство.»                                                                                                   К.А. Тимирязев был убежден в том, что природа существует независимо от чьего бы то ни было сознания, что сознание есть лишь свойство материи, появившееся на определенной ступени её развития. Ученый рассматривает сознание как отражение материального мира.  «Я  немыслимо без не-я, - пишет он, - как изнанка без лицевой стороны, а без не-я  лишено содержания и не существует.» Природу, материальную действительность, он называет единственным источником знания. Он говорит, что теория, наука, верна лишь тогда, когда она «согласна с подлинником, т.е. природой». В своих трудах  К.А. Тимирязев убедительно показывал, что прогрессивный ход развития науки шаг за шагом вел то незнания к знанию, устраняя одно за другим «белые пятна» в научной картине мира. Стремясь ко всё более глубокому познанию истины, наука не претендует на полноту и абсолютную безгрешность своих знаний, на окончательность своих выводов. Вместе с тем каждое подлинно научное открытие есть верное, адекватное отражение изучаемого предмета. Таким образом, ученый подходит к правильному пониманию соотношения абсолютной и относительной истины. Огромное внимание К.А. Тимирязев уделяет выработке научного метода. Он подчеркивает, что применение правильного метода в научном исследовании дает возможность не только познавать и объяснять законы природы, но и активно воздействовать на природу, все более подчиняя ее силы воли и власти человека. Он сознает, что метод может быть плодотворным лишь в том случае, если он сам будет находиться в полном соответствии с объективными закономерностями природы.

1.1 Опыт Пристли

Удивительная всё же закономерность: великие открытия, как правило, обычно делались совершенно случайно. Пристли  искал способ очистки воздуха, испорченного горением и дыханием людей или  животных. Его мучил такой вопрос: каким образом могло случиться, что атмосферный воздух, который постоянно портится, в течении несметных веков не утратил своей способности поддерживать жизнь и горение? Пристли приходит к заключению, что на поверхности нашей планеты должен существовать какой-то регулятор, процесс, обратный дыханию, процесс, улучшающий воздух. Долго искал ответ на вой вопрос Пристли, многое перепробовал, пока не сделал удивительное открытие. Метод исправления воздуха, который был испорчен горением свечи. Обычный воздух необходим для жизни как растении, так и животных, то растения и животные действуют на него одинаково. Когда Пристли поместил пучок мяты в стеклянный кувшин, опрокинутый в сосуд с водой, она продолжала расти там несколько месяцев, и он убедился, что этот воздух не тушит свечи и не вредит мыши, которую Пристли туда поместил. (В замкнутом сосуде без растения мышь быстро бы задохнулась). Официально считается, что так был открыт фотосинтез. Но фактически Пристли лишь доказал, что растения выделяют кислород. Да, по существу Пристли открыл кислород, с тем чтобы два года спустя уже сознательно (и официально) совсем в иных опытах открыть его вторично. Но так или иначе в хаосе неоформленных ещё представлении о газах –порядок вскоре навел А. Лавуазье, он же дал имя кислороду – начало открытию фотосинтеза было положено.

                 

      

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2   История фотосинтеза

 

В течение тысячелетий  люди считали, что питается растение исключительно благодаря корням, поглощая с их помощью все  необходимые вещества из почвы. Проверить эту точку зрения взялся в начале девятнадцатого века голландский натуралист  Ян Ван Гельмонт. Он взвесил землю в горшке и посадил туда побег ивы. В течение пяти лет он поливал деревце, а затем высушил землю и взвесил её и растение. Ива весила семьдесят пять килограмм, а вес земли изменился всего на несколько сот граммов. Вывод учёного был таков - растения получают питательные вещества, прежде всего, не из почвы, а из воды. На два столетия в науке утвердилась теория водного питания растений. Листья, по этой теории, лишь помогали растению испарять излишнюю влагу.                                           

К самому неожиданному, но правильному  предположению о воздушном питании растений ученые пришли лишь к началу девятнадцатого века. Важную роль в понимании этого процесса сыграло открытие, совершенное английским химиком Джозефом Пристли в 1771 году. Он поставил опыт, в результате которого он сделал вывод: растения очищают воздух и делают его пригодным для дыхания. Позднее выяснилось: для того, чтобы растение очищало воздух, необходим свет.            

Десять лет  спустя, учёные поняли, что растение не просто превращает углекислый газ  в кислород. Углекислый газ необходим  растениям для жизни, он служит для них настоящей пищей (вместе с водой и минеральными солями).         

Воздушное питание  растений называется фотосинтезом. Кислород в процессе фотосинтеза выделяется в качестве необычного продукта.                                                  

Миллиарды лет  назад на земле не было свободного кислорода. Весь кислород, которым дышат почти все живые существа нашей планеты, выделен растениями в процессе фотосинтеза. Фотосинтез сумел изменить весь облик нашей планеты!    

Начиная с семидесятых годов  прошлого столетия, крупные успехи в области фотосинтеза были получены в России. Работами русских учёных Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева  были изучены многие стороны этого процесса .                                                                  

Значение фотосинтеза  не осознавалось до сравнительно недавнего времени. Аристотель и другие учёные Греции, наблюдая, что жизненные процессы животных зависят от потребления пищи,

полагали, что растения добывают свою «пищу» из почвы.