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가장 중요한 과학적 발견
광합성. 과학적 발견의 역사와 본질
몇 년 동안 프랑스 화학자 Peltier(1788–1842)와 Cavantoux(1795–1877)는 함께 일했습니다. 이 유익한 협력으로 스트리키닌과 브루신이 발견되었습니다. 말라리아에 대한 확실한 치료제인 퀴닌의 발견으로 그들에게 가장 큰 영광이 주어졌습니다. 1817년에 과학자들은 "잎의 녹색 물질에 관한 노트"를 출판했습니다. 모든 식물에 녹색을 주는 물질인 엽록소를 발견한 사람은 Peltier와 Kavant였습니다. 사실, 그들은 이것에 너무 많은 중요성을 부여하지 않았습니다. 과학자들은 신선한 잎에 알코올을 묻혔습니다. 알코올은 녹색으로 변하고 잎은 완전히 무색이 되었습니다. 또한 Peltier와 Kavantu는 얻은 반액체 녹색 덩어리를 물로 세척했습니다. 수용성 불순물을 제거한 후 건조하여 녹색 분말을 얻었다. 과학자들은 이 물질을 엽록소(그리스어 "클로로스" - 녹색 및 "필론" - 잎에서 유래)라고 불렀습니다. 시작되었습니다. 직물 상인의 아들이자 독일 생화학자인 Wilstetter(1872–1942)는 자신의 과학적 관심을 식물 색소(엽록소가 그중 하나임)와 연관시켰습니다. 1913년 가장 가까운 학생인 Arthur Stoll과 함께 "엽록소 조사"라는 기초 작업을 출판했습니다. 1915년 Wilstetter는 이 공로로 노벨 화학상을 수상했습니다. Wilstetter 학교의 과학적 결과는 중요했습니다. Timiryazev는 나중에 Willstetter의 작업이 "엽록소에 대한 추가 연구의 출발점으로 오랫동안 남을 것이며 미래의 역사가는이 연구에서 Willstetter 이전과"그 이후 "의 두 기간에 주목할 것"이라고 썼습니다. Yu G Chirkov는 "먼저 Wilstetter는 녹지에서 엽록소 a(가장 중요함)와 엽록소 b라는 두 가지 원칙을 구별했습니다. 두 번째 성과: Wilstetter는 엽록소 분자의 화학적 구성을 확립했습니다. 엽록소에 탄소, 수소, 질소 및 산소가 존재할 것으로 예상되었습니다. 그러나 마그네슘은 과학자들에게 놀라운 사실이었습니다! 엽록소는 이 원소를 함유한 살아있는 조직의 첫 번째 화합물입니다. 그리고 마지막으로, 세 번째: Wilstetter는 모든 식물이 동일한 엽록소를 가지고 있는지 여부를 결정하기 시작했습니다. 결국, 지구상에 얼마나 많은 다른 식물이 있고, 그들의 생활 조건이 얼마나 다양하므로 실제로 모두 동일한, 말하자면 표준 엽록소 분자를 관리합니까? 그리고 여기서 Willstetter는 다시 자신의 과학적 성격을 보여주었습니다. 동시대 사람이나 후손은 그가 얻은 사실의 신뢰성에 대해 의심의 여지가 없었습니다! 이 거대한 작업은 총 XNUMX년 동안 지속되었습니다. 당시 Wilstetter가 일하고 있던 취리히에서는 수많은 조수가 여러 곳에서 식물의 어둠을 전달했습니다. 계곡과 산비탈, 북쪽과 남쪽, 강, 호수 및 바다의 육상 및 수생 식물. 그리고 얻은 각 표본에서 엽록소를 추출하고 화학 성분을 주의 깊게 분석했습니다." 결과적으로 과학자는 엽록소의 구성이 모든 곳에서 동일하다고 확신했습니다! Heme은 혈액의 붉은 색을 담당합니다. 헴과 엽록소는 모두 포르핀을 기반으로 합니다. "... Hans Fischer는 처음에 헴을 연구했습니다."라고 Chirkov는 말합니다. 헴의 해독 및 합성에 대한 Fisher의 연구는 노벨상을 수상했습니다. 그러나 과학자는 그의 월계관에 안주하고 싶지 않았습니다. 이제 그는 엽록소의 신비에 매료되었습니다. 그것은 빠르게 확립되었습니다 : 엽록소의 기초는 여전히 동일한 포르피린 IX이지만 철 원자 대신 마그네슘 원자가 "산재"되어 있습니다 (후자의 존재는 Wilstetter에 의해 입증되었습니다) ... ... 그의 과학 연구를 계속하면서 Fisher는 XNUMX 탄소 꼬리가 헴 분자에 매달려있는 곳에 거대한 꼬리가 엽록소 분자, 즉 phytol이라고하는 XNUMX 탄소 사슬에 튀어 나와 있다고 확신했습니다 ... 이제 식물 생리학에 관한 모든 교과서에서 이 유명한 분자의 "초상화"를 찾을 수 있습니다. 엽록소의 구조식은 전체 페이지를 차지합니다. 실제 치수는 매우 겸손하지만-30 옹스트롬 ... 엽록소 분자는 올챙이와 유사합니다. 평평한 정사각형 머리(클로로필린)와 긴 꼬리(피톨)를 가지고 있습니다. 머리 중앙에는 키클롭스의 눈이나 왕관의 다이아몬드처럼 마그네슘 원자가 과시합니다. 올챙이에서 피톨 꼬리를 떼어내고 마그네슘 원자를 철 원자로 대체하면 헴이 생깁니다. 그리고 마치 마술처럼 안료의 색상이 변경됩니다. 녹색이 빨간색으로 바뀝니다! 영국인 Daubeny, 독일인 Sachs 및 Pfeffer가 뒤를 이은 American Draper는 실험 결과 광합성이 햇빛의 황색 광선에서 가장 집중적으로 발생한다고 결론지었습니다. 러시아 과학자 Timiryazev는 이 의견에 동의하지 않았습니다. Kliment Arkadyevich Timiryazev(1843-1920)는 오래된 귀족 가문에서 태어났습니다. 그 소년은 집에서 초등 교육을 받았습니다. 그런 다음 Clement는 St. Petersburg University의 물리학 및 수학 학부의 자연 학과에 입학했습니다. 자연 과학 학생들은 항상 민주적 감정을 특징으로 했으며 이 교수진은 러시아 raznochintsy 경로의 전통적인 시작으로 간주되었습니다. 그의 두 번째 해에 Timiryazev는 반정부 활동에 참여하지 않겠다는 서약에 서명하기를 거부했습니다. 이 때문에 그는 대학에서 퇴학을 당했습니다. 그러나 그 청년의 뛰어난 능력으로 인해 그는 자원 봉사자로 교육을 계속할 수있었습니다. 러시아에서 Timiryazev의 과학 경력은 신뢰할 수 없기 때문에 폐쇄 된 것으로 판명되었으며 대학 졸업 직후 해외로갔습니다. 젊은 과학자는 프랑스 최대의 생물 학자 인 P. Berthelot과 J. Bussingault의 실험실에서 일하고 있으며 물리학 자 Kirchhoff와 생리 학자와 함께 독일에서 인턴십을받습니다. 헬름홀츠. 독일 대학 중 한 곳에서 박사 학위를 받았습니다. 러시아로 돌아온 Timiryazev는 Petrovsky Agricultural and Forestry Academy에서 일하기 시작했습니다. 1871년 그의 논문 "엽록소의 스펙트럼 분석"을 옹호한 후 그는 Petrovsky Agricultural Academy의 특별 교수로 선출되었습니다. 오늘날 이 아카데미는 Timiryazev라는 이름을 가지고 있습니다.1875년에 그의 박사 학위 논문 "On assimilation of light by plant"를 옹호한 후 Timiryazev는 일반 교수가 되었습니다. Timiryazev의 첫 번째 책은 아이디어의 대중화에 전념합니다. 찰스 다윈. 그는 러시아 과학에 실질적으로 그들을 개방한 최초의 사람이었고 학생들을 위한 커리큘럼으로 다윈주의를 도입한 최초의 사람이었습니다. Timiryazev는 엽록소 연구에 평생을 바쳤습니다. 그의 뛰어난 저서 Plant Life(1878)는 러시아어와 외국어로 수십 판이 발행되었습니다. 생생한 예를 통해 그는 녹색 식물이 어떻게 먹고 자라고 발달하고 번식하는지 보여주었습니다. Timiryazev는 경험이 없는 독자에게도 과학 현상을 매우 간단하게 설명할 수 있는 대중화 과학자의 드문 재능을 가지고 있었습니다. 광분해 최대값이 황색 광선에서 발생한다는 결론을 반박하고 이 최대값이 적색 광선에서 발생한다는 것을 증명하기 위해 Timiryazev는 신중하게 생각한 일련의 실험을 수행했습니다. 그는 자신의 이론적 결론의 정확성에 대한 실제적인 증명을 위해 가장 정확한 도구를 만듭니다. Timiryazev는 Draper의 잘못된 결론이 잘못 설정된 실험의 결과라는 것을 보여주었습니다. 이러한 실험의 성공을 위한 필수 조건은 스펙트럼의 순도입니다. 스펙트럼이 깨끗하려면, 즉 각 섹션이 다른 섹션과 명확하게 구분되기 위해서는 광선이 통과하는 슬릿이 1-1,5mm보다 넓어서는 안됩니다. 당시 알려진 가스 분석 방법을 사용하여 Draper는 최대 직경 20mm의 간격을 사용해야 했습니다. 결과적으로 스펙트럼은 매우 불순한 것으로 판명되었습니다. 이 경우 광선의 가장 큰 혼합은 중간의 황록색 부분에서 발생했으며 이 부분에서 약간 노란색으로 변하여 거의 흰색이 되었습니다. Draper는 광합성의 최대 효과를 발견했습니다. Timiryazev는 Draper가 만든 오류를 제거하는 실험에 성공했습니다. 1868년 여름에 수행된 광합성 과정에서 스펙트럼의 다른 광선의 상대적 중요성에 대한 연구에서 그는 소위 광 필터를 사용하여 이를 달성했습니다. 이 경우 다른 햇빛 광선의 광합성 강도에 대한 연구는 스펙트럼이 아니라 유색 액체의 도움으로 나머지 광선과 분리 된 별도의 광선에서 수행됩니다. Timiryazev는 엽록소가 적색 광선을 가장 완벽하게 흡수한다는 사실을 확인했습니다. 이 광선에서 그는 또한 연구 중인 현상에서 엽록소의 결정적인 역할을 나타내는 가장 높은 광합성 강도를 발견했습니다. Draper의 실험의 오류를 드러낸 Timiryazev는 녹색 잎에 의한 이러한 광선의 흡수 정도와 에너지의 양에 대한 광합성의 의존성에 대한 그의 가설을 확인하는 정확한 결과를 얻을 수 있다는 것을 동시에 완벽하게 이해했습니다. 스펙트럼에서 직접 수행되는 실험의 도움으로. 이와 관련하여 전체 범위의 연구를 생각한 Timiryazev는 우선 엽록소의 특성 연구에주의를 기울였습니다. Timiryazev의 연구는 그가 말했듯이 "식물의 우주적 역할"을 분명히 보여주었습니다. 그는 식물을 태양과 우리 행성의 생명 사이의 중개자라고 불렀습니다. "녹색 잎 또는 미세한 녹색 엽록소 알갱이는 태양 에너지가 한쪽 끝에서 흐르고 지구상의 모든 생명체가 다른 쪽에서 시작되는 세계 공간의 초점이자 지점입니다. 식물은 하늘과 땅 사이의 중개자입니다. 하늘에서 불을 훔친 진정한 프로메테우스입니다. 그가 훔친 태양 광선은 깜박이는 횃불과 눈부신 전기 불꽃으로 타오릅니다. 태양 광선이 움직입니다. 거대한 증기 기관의 괴물 같은 플라이휠, 예술가의 붓, 시인의 펜." Timiryazev의 연구 덕분에 식물을 태양 에너지의 훌륭한 축전지로 보는 관점이 과학에서 확고하게 자리 잡았습니다. 오늘날 의심의 여지가 없습니다. 엽록체는 자연이 만든 광합성을 위한 장치이며, 이 명백한 위치는 1881년 독일 생리학자이자 동물 생리학에 대한 뛰어난 연구의 저자인 Theodor Wilhelm Engelmann(1843-1909)에 의해 입증되었습니다. Chirkov는 다음과 같이 말합니다. "문제에 대한 해결책은 매우 독창적이었습니다. 박테리아가 도움이 되었습니다. 광합성이 없지만 사람과 동물처럼 산소가 필요합니다. 그리고 산소는 식물 세포에서 방출됩니다. 어디에서? 알아내야 합니다! Engelman은 다음과 같이 추론했습니다. 박테리아는 산소가 방출되는 식물 세포의 부분에 모이고 이러한 부분은 광합성의 중심이 될 것입니다. 박테리아와 식물 세포를 한 방울의 물에 넣습니다. 이 모든 것은 유리로 덮여 있었고 가장자리는 석유 젤리로 조심스럽게 번졌습니다. 유리 아래의 산소가 공기로부터 접근하는 것을 방지하기 위해. 이제 전체 장치를 잠시 동안 어둠 속에 보관하면 액체의 모든 산소를 소비 한 박테리아가 움직임을 멈 춥니 다. 이제 결정적인 것은: 장치를 현미경 스테이지로 옮기고 식물 세포를 비추어 빛의 광선이 여러 부분에 떨어지도록 합니다(나머지는 그림자 속에 있음). 그리고 빛의 광선이 엽록체 중 하나에 떨어질 때만 박테리아가 움직이기 시작하는지 확인하는 것은 쉽습니다... 그래서 마침내 엽록체는 식물이 광선을 기술적으로 화학물질로 녹이는 공장이고 엽록체에 포함된 엽록소가 이 과정을 촉매하는 공장입니다. 러시아 식물학자 Andrei Sergeevich Famintsin(1835-1918)은 이 과정이 인공 조명 아래에서도 일어날 수 있음을 증명했습니다. 1960년 미국과 다른 나라의 신문들은 미국의 유명한 유기화학자 로버트 번 우드워드(1917)가 전례 없는 엽록소 합성에 성공했다고 전 세계에 알렸습니다. 저자: Samin D.K.
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