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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Fotossíntese. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes Durante vários anos, os químicos franceses Peltier (1788–1842) e Cavantou (1795–1877) trabalharam juntos. Esta colaboração frutífera levou à descoberta da estricnina e da brucina. Sua maior fama foi trazida a eles pela descoberta do quinino, um remédio infalível contra a malária. Em 1817, os cientistas publicaram "Uma Nota sobre a Matéria Verde das Folhas". Foram Peltier e Kavant que descobriram a clorofila, a substância que dá a todas as plantas a cor verde. É verdade que eles não deram muita importância a isso. Cientistas encharcaram folhas frescas com álcool. O álcool ficou verde e as folhas ficaram completamente incolores. Além disso, Peltier e Kavantu lavaram a massa verde semilíquida obtida com água. Depois de remover as impurezas solúveis em água, eles secaram e obtiveram um pó verde. Os cientistas chamaram essa substância de clorofila (do grego "cloros" - verde e "phyllon" - folha). Um começo foi feito. Willstätter (1872–1942), filho de um comerciante têxtil, um bioquímico alemão, conectou seus interesses científicos aos pigmentos vegetais (a clorofila é um deles). Em 1913, junto com seu aluno mais próximo, Arthur Stoll, publicou a obra fundamental “Pesquisa da Clorofila”. Em 1915, Willstätter recebeu o Prêmio Nobel de Química por este trabalho. Os resultados científicos da escola de Wilstetter foram significativos. Timiryazev escreveu mais tarde que o trabalho de Willstetter “permanecerá por muito tempo como o ponto de partida no estudo mais aprofundado da clorofila, e o futuro historiador notará dois períodos neste estudo - antes de Willstetter e depois de ‘ele’”. “Em primeiro lugar, Willstetter”, escreve Yu G Chirkov, “identificou dois princípios na vegetação - clorofila A (é o mais importante) e clorofila B. A segunda conquista: Willstetter estabeleceu a composição química da molécula de clorofila. A presença de carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio na clorofila era esperada. Mas o magnésio foi uma surpresa para os cientistas! A clorofila foi o primeiro composto em tecido vivo a conter este elemento. E, finalmente, o terceiro: Wilstetter decidiu determinar se todas as plantas têm a mesma clorofila? Afinal, quantas plantas diferentes existem no planeta, quanto suas condições de vida variam, então todas elas realmente administram a mesma, por assim dizer, molécula padrão de clorofila? E aqui Willstetter novamente mostrou seu caráter científico. Nem contemporâneos nem descendentes deveriam ter sequer uma sombra de dúvida sobre a confiabilidade dos fatos obtidos por ele! A obra gigantesca durou dois anos inteiros. Em Zurique, onde Wilstetter trabalhava na época, vários assistentes entregaram a escuridão das plantas de vários lugares. Plantas terrestres e aquáticas, de vales e encostas de montanhas, de norte e sul, de rios, lagos e mares. E de cada espécime obtido, a clorofila foi extraída e sua composição química foi cuidadosamente analisada." Como resultado, o cientista estava convencido de que a composição da clorofila é a mesma em todos os lugares! Heme é responsável pela cor vermelha do sangue. Tanto o heme quanto a clorofila são baseados em porfina. "...Hans Fischer estudou o heme no início", observa Chirkov. "Ao esmagar essa molécula, ele logo se convenceu de que sua base era a porfina. Um anel de anéis. O mesmo acontecia com a clorofila. A única diferença estava na caudas, cadeias curtas de átomos, presas aos oito cantos da porfina... O trabalho de Fisher na decodificação e síntese do heme foi coroado com o Prêmio Nobel. Mas o cientista não queria descansar sobre os louros: agora estava fascinado pelo mistério da clorofila. Rapidamente foi estabelecido que a base da clorofila é a mesma porfina IX, mas em vez de um átomo de ferro, é “intercalada” com um átomo de magnésio (a presença deste último foi comprovada por Willstetter)... ...Continuando sua pesquisa científica, Fischer se convenceu: no lugar onde a molécula heme tem uma cauda de três carbonos pendurada, a molécula de clorofila tem uma cauda enorme saindo - uma cadeia de vinte carbonos chamada fitol... Agora, em qualquer livro de fisiologia vegetal você pode encontrar um “retrato” dessa famosa molécula. A fórmula estrutural da clorofila ocupa uma página inteira. Embora as suas verdadeiras dimensões sejam extremamente modestas - 30 angstroms... A molécula de clorofila é semelhante a um girino: tem uma cabeça quadrada plana (clorofilina) e uma cauda longa (fitol). No centro da cabeça, como o olho de um ciclope ou um diamante em uma coroa real, um átomo de magnésio ostenta. Se arrancarmos a cauda de fitol do girino e substituirmos o átomo de magnésio por um átomo de ferro, obtemos heme. E como por mágica, a cor do pigmento mudará: o verde ficará vermelho! O americano Draper, seguido do inglês Daubeny e dos alemães Sachs e Pfeffer, como resultado dos experimentos, concluíram que a fotossíntese ocorre mais intensamente nos raios amarelos da luz solar. O cientista russo Timiryazev não concordou com essa opinião. Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843-1920) nasceu em uma antiga família nobre. O menino recebeu sua educação primária em casa. Então Clement entrou no departamento natural da Faculdade de Física e Matemática da Universidade de São Petersburgo. Os estudantes de ciências naturais sempre foram caracterizados por sentimentos democráticos, e essa faculdade foi considerada o início tradicional do caminho da raznochintsy russa. Em seu segundo ano, Timiryazev recusou-se a assinar uma promessa de que não se envolveria em atividades antigovernamentais. Por isso foi expulso da universidade. No entanto, dadas as excelentes habilidades do jovem, ele foi autorizado a continuar sua educação como voluntário. Como a carreira científica de Timiryazev na Rússia acabou encerrada devido à sua falta de confiabilidade, imediatamente após se formar na universidade ele foi para o exterior. O jovem cientista trabalha nos laboratórios dos maiores biólogos da França - P. Berthelot e J. Boussingault, e também faz estágio na Alemanha com o físico Kirchhoff e fisiologista Helmholtz. Em uma das universidades alemãs, ele recebe o título de doutorado. Voltando à Rússia, Timiryazev começou a trabalhar na Academia Petrovsky Agrícola e Florestal. Em 1871, após defender sua dissertação "Análise Espectral da Clorofila", foi eleito professor extraordinário da Academia Petrovsky Agrícola. Hoje, esta academia leva o nome de Timiryazev. Em 1875, após defender sua tese de doutorado "Sobre a assimilação da luz por uma planta", Timiryazev tornou-se um professor comum. O primeiro livro de Timiryazev é dedicado à popularização de ideias Charles Darwin. Ele foi praticamente o primeiro a abri-los para a ciência russa e foi o primeiro a introduzir o darwinismo como currículo para os alunos. Timiryazev dedicou a maior parte de sua vida ao estudo da clorofila. Seu brilhante livro Plant Life (1878) teve dezenas de edições em russo e em línguas estrangeiras. Nele, com exemplos vívidos, ele mostrou como uma planta verde se alimenta, cresce, se desenvolve e se reproduz. Timiryazev possuía o raro dom de um cientista popularizador, capaz de explicar fenômenos científicos de maneira muito simples, mesmo para um leitor inexperiente. Para refutar a conclusão de que o máximo de fotólise ocorre em raios amarelos e provar que esse máximo ocorre em raios vermelhos, Timiryazev realizou toda uma série de experimentos cuidadosamente pensados. Ele mesmo cria os instrumentos mais precisos para a prova prática da exatidão de suas conclusões teóricas. Timiryazev mostrou que as conclusões errôneas de Draper foram o resultado de experimentos incorretamente estabelecidos. Uma condição indispensável para o sucesso desses experimentos é a pureza do espectro. Para que o espectro seja limpo, ou seja, para que cada seção seja claramente delimitada das demais, a fenda por onde passa o feixe de luz não deve ser maior que 1 a 1,5 milímetros. Usando os métodos de análise de gás conhecidos na época, Draper foi forçado a usar uma folga de até 20 milímetros de diâmetro. Como resultado, o espectro acabou por ser extremamente impuro. Neste caso, a maior mistura dos raios ocorreu na parte do meio, amarelo-esverdeado, que se tornou a partir desse amarelo quase branco, levemente colorido. Foi aqui que Draper encontrou o efeito máximo da fotossíntese. Timiryazev conseguiu em seus experimentos eliminar o erro cometido por Draper. Em seu estudo da importância relativa dos vários raios do espectro no processo de fotossíntese, realizado no verão de 1868, ele consegue isso usando os chamados filtros de luz. Nesse caso, o estudo da intensidade da fotossíntese em diferentes raios de luz solar é realizado não no espectro, mas em raios separados, isolados do restante dos raios com a ajuda de líquidos coloridos. Timiryazev conseguiu estabelecer que a clorofila absorve mais completamente os raios vermelhos. Foi nesses raios que ele também descobriu a maior intensidade de fotossíntese, o que indicou o papel decisivo da clorofila no fenômeno em estudo. Tendo revelado a falácia dos experimentos de Draper, Timiryazev entendeu perfeitamente ao mesmo tempo que resultados precisos que confirmam sua hipótese sobre a dependência da fotossíntese no grau de absorção desses raios por uma folha verde e na quantidade de sua energia podem ser alcançados apenas com a ajuda de experimentos realizados diretamente no espectro. Tendo concebido toda uma série de estudos a esse respeito, Timiryazev, em primeiro lugar, presta atenção ao estudo das propriedades da clorofila. A investigação de Timiryazev mostrou claramente, como ele próprio disse, “o papel cósmico das plantas”. Ele chamou a planta de intermediária entre o sol e a vida em nosso planeta. "Uma folha verde, ou melhor, um grão verde microscópico de clorofila, é um foco, um ponto no espaço cósmico para o qual a energia do Sol flui de uma extremidade e da outra se originam todas as manifestações da vida na Terra. A planta é um mediador entre o céu e a terra. É o verdadeiro Prometeu, que roubou o fogo do céu. O raio de sol que ele roubou queima tanto em uma tocha bruxuleante quanto em uma faísca deslumbrante de eletricidade. O raio de sol põe em movimento o volante monstruoso de uma máquina a vapor gigante, e o pincel do artista, e a caneta do poeta." Graças à pesquisa de Timiryazev, a visão da planta como um maravilhoso acumulador de energia solar se estabeleceu firmemente na ciência. Hoje não há dúvida: o cloroplasto é um dispositivo de fotossíntese criado pela natureza, e essa posição agora óbvia foi comprovada em 1881 por Theodor Wilhelm Engelmann (1843-1909), fisiologista alemão, autor de trabalhos notáveis sobre fisiologia animal. Como observa Chirkov: "A solução para o problema foi extremamente engenhosa. As bactérias ajudaram. Eles não têm fotossíntese, mas, como pessoas e animais, precisam de oxigênio. E o oxigênio é liberado pelas células vegetais. Em quais lugares? Tenho que descobrir! Engelman raciocinou da seguinte forma: as bactérias se reunirão nas partes da célula vegetal onde o oxigênio é liberado, esses locais serão os centros da fotossíntese. Bactérias e uma célula vegetal são colocadas em uma gota de água. Tudo isso foi coberto com vidro, as bordas foram cuidadosamente manchadas com vaselina: para evitar o acesso de oxigênio sob o vidro do ar. Se agora todo o dispositivo for mantido no escuro por um tempo, as bactérias, tendo consumido todo o oxigênio do líquido, pararão de se mover. Agora o decisivo: vamos transferir nosso aparelho para o microscópio e iluminar a célula vegetal para que os raios de luz incidam sobre suas diversas partes (e o resto fique na sombra). E é fácil perceber: as bactérias só começam a se mover quando um raio de luz incide sobre um dos cloroplastos... Então, finalmente, ficou claro: os cloroplastos são aquelas fábricas onde a planta habilmente derrete um feixe de luz em produtos químicos, e a clorofila contida nos cloroplastos catalisa esse processo. O botânico russo Andrei Sergeevich Famintsin (1835-1918) provou que esse processo também pode ocorrer sob iluminação artificial. Em 1960, jornais dos Estados Unidos e de outros países notificaram o mundo que o famoso químico orgânico americano Robert Burns Woodward (1917) havia conseguido algo sem precedentes - ele havia sintetizado a clorofila. Autor: Samin D. K.
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