Eureka! La découverte de la photosynthèse

Eureka! La découverte de la photosynthèse

Imaginez que vous avez vécu dans l’antiquité et que vous vouliez répondre à certaines des grandes questions de la vie: comment sommes-nous arrivés ici? Quelles sont ces lumières dans le ciel la nuit? Pourquoi je fais caca? Et, pour nos besoins ici: comment diable les plantes poussent-elles hors du sol!? Eh bien, ce genre de réflexion grandiose a finalement abouti à des réponses. Aujourd'hui, la plupart d'entre nous connaissons au moins un peu la photosynthèse, processus par lequel les plantes utilisent l'énergie du soleil pour survivre et se développer. Mais il nous a fallu beaucoup de temps pour arriver ici.

La première théorie populaire sur la vie végétale est venue de l'un des savants les plus importants de l'histoire, l'ancien philosophe grec Aristote. Au IVe siècle av. J.-C., il écrivait que les plantes se nourrissaient en absorbant le sol nutritif par leurs racines. Son travail a tellement influencé la pensée occidentale que telle était la théorie prédominante sur la croissance des plantes pendant 2 000 ans. Ce n’est que vers les années 1500, lorsque la révolution scientifique a commencé en Europe, que les gens ont commencé à essayer, au moins, d’appliquer une pensée rationnelle aux grandes questions du jour. Et la vie des plantes a finalement été examinée de plus près.

Planter les graines

Au début des années 1600, le chimiste flamand Jan Baptista van Helmont réalisa une expérience qui, selon lui, prouverait que la théorie d’Aristote est fausse - une chose presque sacrilège à faire à l’époque. Van Helmont a séché une grande quantité de terre dans un four (pour en extraire toute l'eau et peser seulement la terre elle-même) et en a mis 200 livres (exactement) dans une grande casserole. Puis il a planté un saule, qu'il avait également pesé avec soin, dans le pot.

Il a gardé l'arbre dans un environnement contrôlé pour s'assurer qu'il ne soit pas nourri de sources extérieures. Il l'a arrosée avec de l'eau de pluie pure et distillée et a gardé le sol couvert afin qu'aucune substance étrangère ne puisse y tomber. Au bout de cinq ans, il sortit l'arbre du pot, sécha le sol et pesa le sol et l'arbre. Résultat: l’arbre avait pris 100 kg et le sol pesait presque exactement le même poids qu’il avait cinq ans plus tôt. Si la théorie d’Aristote était vraie, le sol aurait dû être très appauvri.

Van Helmont n'avait pas seulement démontré qu'Aristote avait tort, il avait également prouvé sa théorie: que les plantes poussent en aspirant de l'eau par les racines et en la convertissant en tissu végétal. Sauf que la théorie de van Helmont était également fausse. Mais tant pis: quelqu'un avait mis le grand Aristote à terre et, ce faisant, avait inauguré une nouvelle ère de botanique.

Prime: En 1630, dans une autre expérience, van Helmont brûla 62 livres de charbon de bois fabriqué à partir de bois dans un récipient fermé. Ensuite, il pesa la cendre: elle pesait à peine une livre. Où sont passés les 61 autres livres? Van Helmont a conclu qu'une partie du charbon de bois était devenue un «esprit sauvage» ou «gaz», un terme qu'il a inventé du mot grec pour «chaos». Et bien qu'il l'ait appelé «gaz de bois», il avait en fait découvert gaz carbonique. Et cette découverte allait s'avérer particulièrement précieuse pour les scientifiques à l'avenir.

Temps aérien

La nouvelle voyageait plus que lentement à cette époque; Il a fallu 50 ans pour prouver que la théorie de van Helmont sur la pénétration de l’eau dans les plantes avait été erronée, et 50 autres années plus tard, avant le prochain grand saut en phytologie.

Dans les années 1720, le physiologiste britannique Stephen Hales, qui s'était déjà fait un nom dans le domaine de l'étude des animaux, commença à faire des expériences sur des plantes. Dans l'un d'entre eux, Hales attachait de longs tubes de verre (1/4 de pouce de diamètre) aux extrémités des branches coupées des plantes et mesurait jusqu'où la sève pouvait être poussée dans les tubes (il a été constaté, par exemple, vigne pourrait pousser la sève à une hauteur de près de 25 pieds). Mais Hales a remarqué autre chose au cours de ses expériences: des bulles apparaissent souvent dans la sève, ce qui signifie que les branches coupées émettent de l'air ainsi que de la sève. Ceci, avec d'autres preuves accumulées au cours d'années d'expérience, a amené Hales à croire que les plantes absorbaient et expulsaient l'air - elles «respiraient» à leur manière. Ce n’était pas la première fois que cette idée était proposée, mais c’était la première fois qu’un scientifique aussi éminent le proposait. D'autres scientifiques ont travaillé sur la théorie au cours des décennies suivantes, mais sans grand succès.

50 autres années ont passé. Puis, dans les années 1770, le scientifique britannique Joseph Priestley décida de continuer là où Hales était parti et fit l'une des découvertes les plus importantes de la science de la botanique.

Attaque de gaz

À l’époque, on savait qu’une bougie allumée avec un pot placé dessus s’éteindrait bientôt (faute d’oxygène, bien que cela n’ait pas encore été compris). Priestley développa l'expérience et découvrit qu'une souris avec un pot placé dessus perdrait bientôt conscience et que, si elle restait trop longtemps dans le pot, elle mourrait. La théorie qui expliquait ce phénomène à l'époque était ce feu et la souris qui respirait «souillait» l'air, le rendant progressivement moins pur.

Mais la prochaine découverte de Priestley était bien plus importante. S'il plaçait une plante vivante sous un pot avec une bougie allumée, celle-ci brûlait plus longtemps que d'habitude. Et s'il plaçait une plante sous un pot contenant une souris, celle-ci survivrait jusqu'à quatre fois plus longtemps que sans la plante. Comme vous pouvez l’imaginer, c’était une découverte stupéfiante.Sans s'en rendre compte, Priestley avait découvert que les plantes émettaient de l'oxygène. (Bien que, en fait, l’oxygène n’a été correctement identifié que quelques années après les expériences de Priestley.)

Voici le soleil

Les expériences de Priestley ont prouvé que les plantes produisaient quelque chose à l'air. Personne ne savait quoi, mais ce fut un énorme pas en avant. Quelques années plus tard, en 1778, le médecin néerlandais Jan Ingenhousz répète les expériences de Priestley, mais cette fois avec un élément supplémentaire et ingénieux: il conserve quelques pots et plantes. dans l'obscurité et exposé les autres au soleil. Grâce à ces expériences, Ingenhousz a découvert qu'une bougie brûlerait plus longtemps et qu'une souris serait ravivée si elle avait une plante dans le pot… uniquement si elle était exposée à la lumière directe du soleil. Cela prouve que les plantes ont quelque chose à l'air - mais seulement avec l'aide du soleil. La science a encore une fois tourné la tête.

Ingenhousz a ensuite poursuivi sa brillante expérience en tentant de concilier ses conclusions avec une théorie pas si brillante qui existait depuis le milieu des années 1600. Ce qu'il faisait dans son expérience, a-t-il dit, était de purifier l'air d'une impureté appelée phlogiston, qui aurait été produite par le feu et des créatures respirantes, entre autres. (La théorie phlogiston a été posée pour expliquer les processus d'oxydation tels que le feu et la rouille.) Encore une fois, un scientifique très intelligent (pour son époque) avait tort. Il a fallu qu'Antoine Lavoisier, le chimiste français qui avait précédemment identifié l'oxygène comme élément, réfute la théorie du phlogiston, prouvant à la place que les plantes émettaient de l'oxygène dans l'air.

Un mauvais sur deux

Cela faisait presque 2 000 ans qu'Aristote avait fait une tentative scientifique pour comprendre les plantes et près de 200 ans depuis que Jan Baptista van Helmont avait démystifié Aristote et inauguré l'ère moderne de la botanique. À ce stade, les étapes finales pour comprendre au moins la science rudimentaire derrière la photosynthèse étaient imminentes. Et à partir de là, les choses ont commencé à évoluer assez rapidement.

La prochaine grande question à laquelle il fallait répondre était la suivante: si les plantes émettaient de l'oxygène, d'où venait-il? La question fut résolue en 1782 lorsque le botaniste suisse Jean Senebier, tout en développant les expériences d’Ingenhousz, prouva pour la première fois que les plantes absorbaient le dioxyde de carbone de l’air et le décomposaient. C’est là, dit-il, l’origine de l’oxygène. (De nouveau, mais il a fallu beaucoup de temps avant que cette théorie ne soit réfutée.) Du côté positif, Senebier a également été en mesure de montrer qu'il s'agissait des parties vertes des plantes, plutôt que des parties non vertes, telles que les fleurs. , qui a fait ça. C'est la partie qu'il a eu raison.

Ainsi: les plantes absorbent le dioxyde de carbone, utilisent l'énergie du soleil pour le décomposer, convertissent le carbone contenu dans le dioxyde de carbone en tissu végétal et émettent de l'oxygène.

Eureka!

La dernière pièce vraiment importante du puzzle de la photosynthèse est finalement arrivée en 1804, grâce au chimiste suisse Nicolas de Saussure, qui a prouvé que le carbone absorbé par une plante à partir de dioxyde de carbone absorbé ne pouvait suffire à expliquer la croissance de la fibre végétale. Il devait y avoir quelque chose d'autre impliqué - et il a suggéré que c'était de l'eau (que les botanistes savaient déjà que les plantes absorbaient par leurs racines). Il a également prouvé que les plantes dépendaient de l'absorption d'azote du sol. Il avait raison sur les deux points.

Les siècles de questions, d’expériences, d’échecs et de succès ont finalement porté leurs fruits et le processus fondamental par lequel les plantes se nourrissent et se développent est enfin compris. Au cours des années qui ont suivi, de nombreux détails ont dû être précisés (notamment la découverte de la chlorophylle, substance qui permet aux cellules végétales de convertir le rayonnement solaire en énergie, et qui rend les plantes vertes), mais le processus de base avait finalement été découvert.

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