איך גילו את תהליך הפוטוסינתזה?

1. איך גילו את תהליךהפוטוסינתזה?

2. האדם תמיד היה סקרן לגבי עולמו. סקרנות טבעית זו הובילה את האדם ללמוד להכיר את עונות השנה, את המחזוריות בתופעות טבע מסוימות, ואת התנהגות הצמחים ובעלי החיים בסביבתו. תהליך הפוטוסינתזה הוא מן התהליכים החשובים להבנת החיים עלי אדמות. גילויו לא התחולל בפרץ אחד של תגלית, אלא בצעדים קטנים וגדולים שעשו מדענים רבים במהלך השנים. הבה נכיר מספר ציוני דרך מרכזיים שהובילו את המדענים לגילוי הפוטוסינתזה:

3. 350 לפנה"ס אריסטו (פילוסוף יווני שחי משנת 384 ועד לשנת 322 לפניה"ס), העלה את הרעיון שצמחים, בדומה לבעלי חיים, חייבים מזון כדי לשרוד. אלא שצמחים אינם צריכים בעלי חיים לקיום חייהם, אך בעלי חיים צריכים צמחים! אריסטו

4. 300 לפנה"ס תיאופרסטוס תיאופרסטוס (אחד מתלמידיו של אריסטו, שחי משנת 371 ועד לשנת 287 לפניה"ס) כתב שצמחים משיגים את תזונתם דרך השורשים! תיאופרסטוס כתב עשרה כרכים "על צמחים" ועבודתו שימשה מקור לידע הבוטני (מדעי הצומח) שנצבר עד לאמצע המאה ה-17. ספר הצמחים של תיאופרסטוס

5. ניקולס מקוזה, קרדינל קתולי, היה גם משפטן, פילוסוף, אסטרונום ומתמטיקאי, ונחשב כגאון של המאה ה-15. הוא הציע (אך ככל הנראה לא ביצע) ניסוי שבו יש לשקול את הצמח במיכל המכיל כמות מדודה של אדמה, ולאחר תקופת גדילה לשקול את הצמח, האדמה, ואת הכמות הכוללת של המים בהם הושקה. הוא העלה השערה שהמסה של הצמח מקורה במים ולא באדמה. שנת 1450 ניקולס מקוזה בתקופה זו עדיין לא הייתה ידועה עובדת קיומו של הפחמן הדו-חמצני (שהוא למעשה החומר ממנו הצמח בונה את החומרים האורגניים). הפחמן הדו-חמצני התגלה רק בשנת 1754 על ידי המדען ג'וסף בלק, יליד צרפת, שלמד וביצע את עבודותיו באנגליה. ג'וסף בלק

6. ג'ון בפטיסט ואן הלמונט ביצע את הניסוי שהציע ניקולס מקוזה כ-200 שנה קודם לכן. יש הסבורים כי הוא זה שהגה את הניסוי הראשון על מנת לגלות את מקור המסה של הצמח, אולם היה זה ניקולה מקוזה, כפי שסופר לעיל. הוא שתל שתיל של עץ ערבה במשקל 2.3 ק"ג בעציץ שהכיל 90.9 ק"ג אדמה. במשך חמש שנים הוא השקה את השתיל אשר הגיע למשקל של 77.0 ק"ג. הוא שקל גם את האדמה, ששקלה 90.8 ק"ג, כלומר, העץ הוסיף 74.7 ק"ג במשקלו, בעוד האדמה איבדה רק 100 גרם. מסקנתו הייתה שמסת העץ הגיע מהמים ולא מהאדמה. וואן הלמונט לא יכול היה להגיע למסקנה שמשהו אחר, מלבד האדמה או המים (שהיו הדברים היחידים שהוא סיפק לעץ), יכול להיות המקור לתוספת המסה של הצמח. הפחמן הדו-חמצני התגלה רק בשנת 1754, כמעט 100 שנה לאחר מכן. שנת 1648 וואן הלמונט

7. שנת 1727 סטיבן היילס, מדען אנגלי, התמקד בחקר תפקודם של האוויר והמים בשמירה על חייהם של צמחים ובעלי חיים. מסקנתו הייתה כי "סביר כי הצמחים מקבלים חלק מתזונתם דרך העלים וחלק מתזונתם מהאוויר". השערה זו הוכחה כנכונה לאחר כמאה שנה, כאשר גילו את הנוסחה המדויקת של הפוטוסינתזה. סטיבן היילס

8. בשנים 1774-1786 ג'ון פריסטלי, כומר ומדען אנגלי, ביצע ניסויים על הרכב האוויר. הוא גילה את החמצן, ואת העובדה המדהימה שצמחים מייצרים את החמצן הנחוץ לקיום החיים על פני האדמה. ג'ון פריסטלי

9. שנת 1779 ג'אן אינגנהאוס, חוקר הולנדי, שהכיר את הניסויים של פריסטלי, גילה כי אור חיוני לנשימת צמחים. זה היה צעד חיוני בדרך לגילוי הפוטוסינתזה. בשנת 1779 גילה אינגנהאוס כי החלקים הירוקים של צמחים פולטים בועות בנוכחות אור, אך בחושך פליטת הבועות נפסקת. הוא זיהה את הגז הנפלט כחמצן. אינגנהאוס גילה גם שצמחים פולטים פחמן דו-חמצני בחושך וכן שכמות החמצן שנפלטת באור גדולה מכמות הפחמן הדו-חמצני הנפלטת בחושך. מכאן ההוכחה שחלק ממסת הצמח מגיע מהאוויר, ולא רק מהקרקע. ג'אן אינגנהאוס

10. שנת 1843 יוליוס רוברט מאייר, מדען גרמני, הגיע למסקנה כי צמחים הופכים אנרגיה סולרית (אנרגיית השמש) לאנרגיה כימית. רוברט מאייר

11. שנת 1862 ג'וליוס פון סקס, בוטנאי גרמני, הדגים כי ייצור עמילן בצמחים תלוי באור ומתרחש בכלורופלסטים (האברונים בהם מתרחש תהליך הפוטוסינתזה). כלורופלסטים פון סקס

12. 1960 מלווין קלווין, מדען אמריקאי, השתמש בפחמן רדיואקטיבי ומיפה את דרכו של הפחמן בפוטוסינתזה, החל מספיגתו מהאוויר, דרך הפיכתו לפחמימות. קלווין וקבוצתו הראו שאנרגיית השמש משפיעה על הכלורופיל כ"דלק" לייצור תרכובות אורגניות ומשמשת בכלורופיל לפירוק מולקולות מים למימן וחמצן. מלווין קלווין קיבל את פרס נובל לכימיה בשנת 1961 עבור גילוי "מעגל קלווין" – תהליך שמתרחש במהלך הפוטוסינתזה. קלווין מלווין

14. צעד אחר צעד, שלב אחר שלב, התבהר תהליך הפוטוסינתזה. גילויו התאפשר בזכות תרומתם של מדענים רבים (שלא כולם הוזכרו כאן). הם כולם, ביחד ולחוד, הוסיפו פרט על פרט לידע הקיים בידי האדם אודות תהליך נפלא וחיוני זה.

15. מקורות: • אתר של תומס ברנן, המחלקה לביולוגיה, מכללת דיקינסון, קרלייל, פנסילבניה: ציוני דרך בפוטוסינתזה, 2008: www.photobiology.info/History_Timelines/Hist-Photosyn.html • אתר של אוניברסיטת SUNY, ההיסטוריה של הפוטוסינתזה:www2.sunysuffolk.edu/fultonj/SUNY_suffolk_resources/math_laboratories/lab_3/hist.doc • אתר המתאר חלק מהניסויים שהובילו בסופו של דבר להבנת תהליך הפוטוסינתזה:www.juliantrubin.com/bigten/photosynthesisexperiments.html