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最も重要な科学的発見
光合成。 科学的発見の歴史と本質
フランスの化学者ペルティエ (1788 ～ 1842 年) とカヴァントゥー (1795 ～ 1877 年) は数年間協力して研究しました。 この実りある共同作業がストリキニーネとブルシンの発見につながりました。 最大の栄光は、マラリアに対する確実な治療法であるキニーネの発見によってもたらされました。 1817年、科学者たちは「葉の緑の問題に関するメモ」を出版しました。 すべての植物に緑色を与える物質であるクロロフィルを発見したのは、ペルティエとカヴァントでした。 確かに、彼らはこれをあまり重要視していませんでした。 科学者たちは新鮮な葉にアルコールをまき散らしました。 アルコールは緑色になり、葉は完全に無色になりました。 さらに、ペルティエとカバントゥは、得られた半液体の緑色の塊を水で洗浄しました。 水溶性の不純物を取り除いた後、乾燥させて緑色の粉末を得ました。 科学者たちはこの物質をクロロフィルと呼びました（ギリシャ語の「クロロス」-緑と「フィロン」-葉から）。 スタートが切れました。 繊維商人の息子でドイツの生化学者であるウィルステッター (1872 ～ 1942 年) は、科学的関心を植物の色素と結び付けました (クロロフィルもその 1913 つです)。 1915年に、彼は最も近い学生であるアーサー・ストールと一緒に、基礎的な著作「クロロフィルの調査」を出版しました。 XNUMX 年、ウィルステッターはこの業績によりノーベル化学賞を受賞しました。 Wilstetter 学派の科学的成果は重要でした。 ティミリャゼフは後に、ウィルステッターの研究が「クロロフィルのさらなる研究の出発点として長い間残り、将来の歴史家はこの研究のXNUMXつの時期、つまりウィルステッター以前と『彼』以降」に注目するだろうと書いている。 「まず第一に、ウィルステッターは、緑の XNUMX つの原則、クロロフィル a (これが最も重要です) とクロロフィル b を区別しました。第 XNUMX の成果: ウィルステッターは、クロロフィル分子の化学組成を確立しました。」とユー・G・チルコフは書いています。 クロロフィルには炭素、水素、窒素、酸素が存在することが予想されていました。 しかし、マグネシウムは科学者にとって驚きでした。 クロロフィルは、この元素を含む生体組織内の最初の化合物でした。 最後に、XNUMX つ目: Wilstetter は、すべての植物が同じクロロフィルを持っているかどうかを判断しようと試みました。 結局のところ、地球上にはいくつの異なる植物があり、それらの生活条件はどれだけ異なるので、いわば標準的なクロロフィル分子のコストは本当にすべて同じなのでしょうか? そしてここで、ウィルステッターは再び彼の科学的性格を示しました。 同時代人も子孫も、彼が得た事実の信頼性について疑いの余地はありませんでした！ 巨大な仕事はXNUMX年間続きました。 当時ウィルステッターが働いていたチューリッヒでは、多くのアシスタントが各地から植物の闇を届けていた。 谷や山の斜面、北と南、川、湖、海からの陸上および水生植物。 そして、得られた各標本からクロロフィルを抽出し、その化学組成を慎重に分析しました。」 その結果、科学者はクロロフィルの組成がどこでも同じであると確信しました！ ヘムは血液の赤い色の原因です。 ヘムとクロロフィルは両方ともポルフィンに基づいています。 「...ハンス・フィッシャーは最初にヘムを研究しました」とチルコフは述べています。ポルフィンのXNUMXつの角に取り付けられています... ヘムの解読と合成に関するフィッシャーの作品は、ノーベル賞を受賞しました。 しかし、科学者は彼の栄光に頼りたくありませんでした：今、彼はクロロフィルの謎に魅了されました。 それはすぐに確立されました。クロロフィルの基礎は依然として同じポルフィリンIXですが、鉄原子の代わりにマグネシウム原子がその中に「散在」しています（後者の存在はウィルステッターによって証明されました）... ... 科学的研究を続けるうちに、フィッシャーは、炭素 XNUMX 個の尾がヘム分子にぶら下がっている場所で、巨大な尾がクロロフィル分子、つまりフィトールと呼ばれる炭素 XNUMX 個の鎖に突き出ていると確信するようになりました。 現在、植物生理学に関するどの教科書にも、この有名な分子の「肖像」が掲載されています。 クロロフィルの構造式が30ページを占めています。 その実際の寸法は非常に控えめですが、XNUMXオングストロームです... クロロフィル分子はオタマジャクシに似ており、平らな四角い頭 (クロロフィリン) と長い尾 (フィトール) を持っています。 頭の中央には、サイクロプスの目や王冠のダイヤモンドのように、マグネシウム原子が誇示されています。 オタマジャクシからフィトールの尾を引きちぎり、マグネシウム原子を鉄原子に置き換えると、ヘムになります。 そしてまるで魔法のように、顔料の色が変わります: 緑が赤になります! 実験の結果、アメリカのドレーパー、続いてイギリスのドーベニー、ドイツのサックスとフェファーは、光合成が黄色の太陽光線で最も集中的に起こると結論付けました. ロシアの科学者ティミリャーゼフは、この意見に同意しませんでした。 Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843–1920) は古い貴族の家に生まれました。 その少年は自宅で初等教育を受けました。 その後、クレメントはサンクトペテルブルク大学の物理学および数学学部の自然科に入学しました。 自然科学の学生は常に民主主義的な感情を特徴としており、この学部はロシアのraznochintsyの道の伝統的な始まりと考えられていました. ティミリャーゼフは XNUMX 年目に、反政府活動に関与しないという誓約書への署名を拒否しました。 このため、彼は大学から追放されました。 しかし、その青年の卓越した能力を考慮して、彼はボランティアとして教育を続けることを許されました。 ロシアでは、ティミリャゼフの信頼性の低さのために科学者のキャリアが閉ざされていることが判明したため、大学を卒業するとすぐに彼は海外に行きました。 この若い科学者は、フランス最大の生物学者であるP.ベルテロとJ.ブッサンゴーの研究室で働いており、ドイツで物理学者キルヒホッフと生理学者のもとでインターンシップも受けています。 ヘルムホルツ. ドイツの大学の XNUMX つで、博士号を取得しています。 ロシアに戻ると、ティミリャーゼフはペトロフスキー農林学院で働き始めました。 1871 年、論文「クロロフィルのスペクトル分析」を擁護した後、ペトロフスキー農業アカデミーの特別教授に選出されました。 今日、このアカデミーはティミリャーゼフの名前を冠しています. 1875年に、彼の博士論文「植物による光の同化について」を擁護した後、ティミリャーゼフは普通の教授になりました. ティミリャーゼフの最初の本はアイデアの普及に専念している チャールス・ダーウィン. 彼は事実上、それらをロシアの科学に開放した最初の人物であり、学生のためのカリキュラムとしてダーウィニズムを導入した最初の人物でした. ティミリャーゼフは人生のほとんどをクロロフィルの研究に捧げました。 彼の素晴らしい本 Plant Life (1878) は、ロシア語と外国語で何十もの版を経ました。 その中で、彼は鮮やかな例で、緑の植物がどのように餌を与え、成長し、発達し、繁殖するかを示しました. ティミリャーゼフは、経験の浅い読者にも科学現象を非常に簡単に説明することができた、大衆科学者としてのまれな才能を持っていました。 光分解の最大値が黄色の光線で発生するという結論に反論し、この最大値が赤色の光線で発生することを証明するために、Timiryazev は一連の慎重に考え抜かれた実験を実行しました。 彼自身が、彼の理論的結論の正しさを実際に証明するための最も正確な手段を作成しています。 Timiryazev は、Draper の誤った結論が誤って設定された実験の結果であることを示しました。 これらの実験を成功させるための不可欠な条件は、スペクトルの純度です。 スペクトルをきれいにする、つまり、各セクションを他のセクションから明確に区切るには、光ビームが通過するスリットの幅が 1 ～ 1,5 mm を超えないようにする必要があります。 当時知られていたガス分析の方法を使用して、Draper は直径 20 mm までのギャップを使用することを余儀なくされました。 その結果、スペクトルは非常に不純であることが判明しました。 この場合、中央の黄緑色の部分で光線の混合が最も大きくなり、そこからほぼ白になり、わずかに黄色に着色されました。 ドレーパーが光合成の最大の効果を発見したのはここでした。 ティミリャーゼフはドレイパーの誤りを取り除く実験に成功した。 1868 年の夏に行われた、光合成の過程におけるスペクトルの異なる光線の相対的な重要性に関する彼の研究では、いわゆる光フィルターを使用してこれを達成しました。 この場合、異なる太陽光線における光合成の強度の研究は、スペクトルではなく、着色された液体の助けを借りて残りの光線から分離された別々の光線で行われます。 Timiryazev は、クロロフィルが赤色光線を最も完全に吸収することを確立することに成功しました。 彼が光合成の最大強度を発見したのもこれらの光線であり、研究中の現象におけるクロロフィルの決定的な役割を示していました。 Draper の実験の誤謬を明らかにしたことで、Timiryazev は、光合成が緑の葉によるこれらの光線の吸収の程度とそのエネルギーの量に依存するという彼の仮説を確認する正確な結果が達成できることを同時に完全によく理解していました。スペクトルで直接行われた実験の助けを借りて。 この点に関して全範囲の研究を考え出したティミリアゼフは、まず第一に、クロロフィルの特性の研究に注意を払います。 ティミリャゼフの研究は、彼自身が述べたように、「植物の宇宙的役割」を明確に実証しました。 彼はこの植物を太陽と地球上の生命との間の仲介者と呼びました。 「緑の葉、あるいはむしろクロロフィルの微細な緑色の粒は、世界空間の焦点、点であり、そこに太陽のエネルギーが一方の端から流れ込み、地球上の生命のすべての現れは他方の端から生じます。植物は天と地の仲介者です。それはまさに、空から火を盗んだプロメテウスです。彼が盗んだ太陽の光は、点滅する松明とまばゆい電気の火花の両方で燃えます。太陽の光は動き始めます巨大な蒸気機関の巨大なはずみ車も、芸術家の筆も、詩人のペンも。」 Timiryazev の研究のおかげで、太陽エネルギーの素晴らしい蓄積装置としての植物の見方は、科学的に確固たる地位を確立しました。 今日、疑いの余地はありません。葉緑体は自然が作り出した光合成の装置であり、この今や明らかな立場は、1881 年にドイツの生理学者であり、動物生理学に関する優れた著作の著者である Theodor Wilhelm Engelmann (1843–1909) によって証明されました。 チルコフ氏は次のように述べています。「問題の解決策は非常に独創的でした。バクテリアは助けになりました。光合成はありませんが、人や動物と同じように酸素が必要です。酸素は植物細胞から放出されます。どこで？そしてこれが何ですか？調べなきゃ！ エンゲルマンは次のように推論しました: バクテリアは酸素が放出される植物細胞の部分に集まり、これらの場所が光合成の中心になります. 細菌と植物細胞を一滴の水に入れます。 これはすべてガラスで覆われており、エッジはワセリンで慎重に塗られていました。これは、ガラスの下の空気からの酸素のアクセスを防ぐためです。 デバイス全体をしばらく暗所に置くと、液体中の酸素をすべて消費したバクテリアは動きを止めます。 ここで決定的なのは、デバイスを顕微鏡ステージに移し、植物細胞を照明して、植物細胞のさまざまな部分に光線が当たるようにします (残りの部分は影になります)。 そして、葉緑体の XNUMX つに光線が当たったときにのみ細菌が動き始めることを確認するのは簡単です... 葉緑体は、植物が光のビームを化学物質に巧みに溶かす工場であり、葉緑体に含まれるクロロフィルがこのプロセスを触媒します。 ロシアの植物学者 Andrei Sergeevich Famintsin (1835–1918) は、このプロセスが人工照明の下でも行われることを証明しました。 1960 年、米国およびその他の国の新聞は、有名な米国の有機化学者ロバート バーン ウッドワード (1917 年) が前例のないクロロフィルの合成に成功したことを世界に伝えました。 著者: サミン D.K.
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