История открытия фотосинтеза

Региональная научно-практическая конференция школьников

 «Биологические науки: прошлое, настоящее, будущее»

Направление: история биологии

Фотосинтез: история открытия и значение в природе

Петашева Татьяна, 7 класс

Бимская средняя общеобразовательная школа

Научный руководитель:

учитель биологии первой категории

Самуткина Елена Геннадьевна

Елабуга 2012 г.

Оглавление

Введение…………………………………………………………………….2

Основная часть

        Фотосинтез – загадка природы?......................................................3

        История открытия фотосинтеза……………………………………3

        Основные сведения…………………………………………………4

        Значение фотосинтеза……………………………………………...6

Заключение ……………………………………………………………….8

Использованная литература………………………………………………9

Введение

Взрослея, мы – дети  часто задаем себе много вопросов об окружающем нас мире, потому что мы  наблюдаем  изменения,  которые происходят вокруг нас, а как ответить на волнующие нас вопросы? Для этого необходимо произвести собственные наблюдения и сделать  маленькое научное открытие, чтобы узнать для себя неизвестное и быть уверенным, что ты прав.

             И я  решила заняться исследованием  вместе с моим учителем,  родителями, чтобы узнать, что такое фотосинтез, историю открытия и значение для человека и в целом для окружающей среды.

Цели:   изучить историю открытия фотосинтеза, определить особенности протекания фотосинтеза, как природного процесса.

Задачи:

1. познакомиться с историей открытия фотосинтеза
2. узнать, что такое фотосинтез
3. узнать значение фотосинтеза

Объект и предмет исследования -  процесс фотосинтез.

Актуальность проекта: изучив историю научного открытия и познакомившись с процессом фотосинтеза, мы  начинаем  понимать,  насколько велико значение зеленых  растений  в природе:  ведь  оно одевает,  кормит и согревает нас, дает нам красоту, кислород, без которого невозможна жизнь всего живого на  земле.

Методы работы над проектом:

1. изучение  и  анализ  различных источников  литературы, электронных ресурсов  и сети интернет. Ознакомление  с литературой (словари, энциклопедии, учебники).

Основная часть

Фотосинтез – загадка природы?

Фотосинтез – это образование на свету в листьях из углекислого газа и воды органических соединений. Органическими соединениями называют  питательные химические вещества. Жизнь всего живого связана с наличием органических  соединений – белков, жиров, углеводов.

            Это определение впервые  было дано в 70 годы К.А. Тимирязевым. С точки зрения современной науки процесс фотосинтеза – это совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии световых квантов в различных реакциях. Определение показывает, как сложен процесс фотосинтеза.

История открытия фотосинтеза

Первые опыты по фотосинтезу были проведены Джозефом Пристли в 1770—1780-х годах, когда он обратил внимание на «порчу» воздуха в герметичном сосуде горящей свечой (воздух переставал быть способен поддерживать горение, помещённые в него животные задыхались) и «исправление» его растениями. Пристли сделал вывод что растения выделяют кислород, который необходим для дыхания и горения, однако не заметил что для этого растениям нужен свет. Это показал вскоре Ян Ингенхаус.

Позже было установлено что помимо выделения кислорода растения поглощают углекислый газ и при участии воды синтезируют на свету органическое вещество. В 1842 Роберт Майер на основании закона сохранения энергии постулировал что растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей. В 1877 В. Пфеффер назвал этот процесс фотосинтезом.

Хлорофиллы были впервые выделены в 1818 П. Ж. Пельтье и Ж. Кавенту. Разделить пигменты и изучить их по отдельности удалось М. С. Цвету с помощью созданного им метода хроматографии. Спектры поглощения хлорофилла были изучены К. А. Тимирязевым, он же, развивая положения Майера, показал что именно поглощенные позволяют повысить энергию системы, создав вместо слабых связей С-О и О-Н высокоэнергетические С-С (до этого считалось что в фотосинтезе используются жёлтые лучи, не поглощаемые пигментами листа). Сделано это было благодаря созданному им методу учёта фотосинтеза по поглощённому CO2, в ходе экспериментов по освещению растения светом разных длин волн (разного цвета) оказалось что интенсивность фотосинтеза совпадает со спектром поглощения хлорофилла.

Окислительно-восстановительную сущность фотосинтеза (как оксигенного, так и аноксигенного) постулировал Корнелис ван Ниль. Это означало что кислород в фотосинтезе образуется полностью из воды, что экспериментально подтвердил в 1941 А. П. Виноградов в опытах с изотопной меткой. В 1937 г. Роберт Хилл установил что процесс окисления воды (и выделения кислорода), а также ассимиляции CO2 можно разобщить. В 1954—1958 Д. Арнон установил механизм световых стадий фотосинтеза, а сущность процесса ассимиляции CO2 была раскрыта Мельвином Кальвином с использованием изотопов углерода в конце 1940-х, за эту работу в 1961 ему была присуждена Нобелевская премия.

В 1955 году был выделен и очищен фермент рибулозобисфосфат-карбоксилаза/оксигеназа. С4 фотосинтез был описан Ю. С. Карпиловым в 1960 и М. Д. Хэтчем и К. Р. Слэком в 1966.

Основные сведения

Слово «фотосинтез» означает буквально создание или сборку чего-то под действием света. Обычно, говоря о фотосинтезе, имеют в виду процесс, посредством которого растения на солнечном свету синтезируют органические соединения из неорганического сырья. Все формы жизни во Вселенной нуждаются в энергии для роста и поддержания жизни. Водоросли, высшие растения и некоторые типы бактерий улавливают непосредственно энергию солнечного излучения и используют ее для синтеза основных пищевых веществ. Животные не умеют использовать солнечный свет непосредственно в качестве источника энергии, они получают энергию, поедая растения или других животных, питающихся растениями. Итак, в конечном счете источником энергии для всех метаболических процессов на нашей планете, служит Солнце, а процесс фотосинтеза необходим для поддержания всех форм жизни на Земле.

Зеленые растения — биологи называют их автотрофами — основа жизни на планете. С растений начинаются практически все пищевые цепи. Они превращают энергию, падающую на них в форме солнечного света, в энергию, запасенную в углеводах, из которых важнее всего шестиуглеродный сахар глюкоза. Этот процесс преобразования энергии называется фотосинтезом. Другие живые организмы получают доступ к этой энергии, поедая растения. Так создается пищевая цепь, поддерживающая планетарную экосистему.

Химический баланс фотосинтеза выглядит предельно просто: из 6 молекул CO2 строится молекула гексозы. Необходимый для этого процесса восстановления водород берется из воды; образующийся в ходе фотосинтеза молекулярный кислород является всего лишь побочным товаром. Процесс нуждается в энергии света, так как вода — очень плохой восстановитель и не способна восстанавливать CO2.

В светозависимой части фотосинтеза, «световой реакции», происходит расщепление молекул H2O с образованием протонов, электронов и атома кислорода. Если в системе присутствуют соответствующие ферменты, фиксация CO2 может протекать также в темноте; такой процесс называется «темновой реакцией».

Кроме того, воздух, которым мы дышим, благодаря фотосинтезу насыщается кислородом. Суммарное уравнение фотосинтеза выглядит так: вода + углекислый газ + свет → углеводы + кислород

Растения поглощают углекислый газ, образовавшийся при дыхании, и выделяют кислород — товар жизнедеятельности растений. К тому же, фотосинтез играет важнейшую роль в круговороте углерода в природе.

Значение фотосинтеза

Фотосинтез является основным источником биологической энергии, фотосинтезирующие автотрофы используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф) также является запасённой в процессе фотосинтеза. 

Фотосинтез является главным входом неорганического углерода в биологический цикл. Весь свободный кислород атмосферы — биогенного происхождения и является побочным товаром фотосинтеза. Формирование окислительной атмосферы (кислородная катастрофа) полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу.

Процесс фотосинтеза является основой питания всех живых существ, а также снабжает человечество топливом (древесина, уголь, нефть), волокнами (целлюлоза) и бесчисленными полезными химическими соединениями. Из диоксида углерода и воды, связанных из воздуха в ходе фотосинтеза, образуется около 90-95% сухого веса урожая. Остальные 5-10% приходятся на минеральные соли и азот, полученные из почвы.

Человек использует около 7% продуктов фотосинтеза в пищу, в качестве корма для животных и в виде топлива и строительных материалов.

Фотосинтез, являющийся одним из самых распространенных процессов на Земле, обуславливает природные круговороты углерода, кислорода и других элементов и обеспечивает материальную и энергетическую основу жизни на нашей планете. Фотосинтез является единственным источником атмосферного кислорода.

Заключение

Как прекрасен наш мир весь в зелени.  Как приятно войти в лес, и глубоко с наслаждением  вдохнуть чистый воздух, воздух богатый кислородом.  Я с увлечением изучала литературу о фотосинтезе.

Из всего, что я узнал,   исследуя процесс фотосинтеза, ясно, что:

1. фотосинтез – особый процесс;
2. фотосинтез протекает на свету и в темноте;
3. без фотосинтеза нет жизни.

             Значит,     наше будущее,  и будущее всех живущих на земной планете  зависит:

65535. от   растений,
65536. от того, как скоро мы -  люди поймем, что наша роль в созидании, а не разрушении,
65537. от того, как быстро человечество  сможет   перейти к другому типу хозяйства – «экологическому», при котором круговорот веществ в природе,  снова станет замкнутым.

Бесконтрольное могущество человека – самая большая угроза в современном  мире.

Используемая литература

1. Захаров В.Б. Общая биология: учеб. для 10 кл. – М.: Дрофа, 2006
2. Сонин И.В. Биология: учеб. для 6 кл. М.: Дрофа, 2008.
3. Школьник Ю.К. Растения. Полная энциклопедия. – М.: Эксмо, 2011.
4. Холл Д., Рао К. Фотосинтез: Пер. с англ. — М.: Мир, 1983.