Растения превращают солнечный свет в запасенную химическую энергию в два
этапа: сначала они улавливают энергию солнечного света, а затем используют ее
для связывания углерода с образованием органических молекул.
Зеленые растения — биологи называют их автотрофами — основа жизни на
планете. С растений начинаются практически все пищевые цепи. Они превращают
энергию, падающую на них в форме солнечного света, в энергию, запасенную в
углеводах (см. Биологические молекулы), из которых важнее всего шестиуглеродный
сахар глюкоза. Этот процесс преобразования энергии называется фотосинтезом.
Другие живые организмы получают доступ к этой энергии, поедая растения. Так
создается пищевая цепь, поддерживающая планетарную экосистему.
Кажется удивительным, что при всей важности фотосинтеза ученые так долго не
приступали к его изучению. Первое серьезное исследование механизма роста
растений провел фламандский аристократ Ян Баптист Ван Гельмонт. Перед тем как
посадить дерево в горшок, он взвесил в нем землю. В течение нескольких лет Ван
Гельмонт поливал дерево, а затем снова взвесил дерево и землю и обнаружил, что
вес дерева увеличился на 74 кг,
а вес почвы при этом уменьшился примерно на сто грамм. Стало ясно, что почва не
является источником материала для построения растущего дерева. На самом деле
Ван Гельмонт сделал неверный вывод из своего открытия он утверждал, что
дополнительный вес получен из воды. Оставалось два столетия до представления о
том, что углерод дерева образуется в результате превращений атмосферного
углекислого газа, и еще одно столетие до понимания молекулярного механизма
фотосинтеза. Тем не менее Ван Гельмонт не оставил ни у кого сомнения в том, что
материал, называемый нами биомассой, поступает не из почвы, а из другого
источника, и это открытие позднее стало основой наших представлений о роли
растений. После этого эксперимента наступило затишье, и лишь в 1905 году
английский физиолог растений Фредерик Блэкман (Frederick Blackman, 1866–1947)
провел исследования и установил основные процессы фотосинтеза. Он показал, что
фотосинтез начинается при слабом освещении, что скорость фотосинтеза возрастает
с увеличением светового потока, но, начиная с определенного уровня, дальнейшее
усиление освещения уже не приводит к повышению активности фотосинтеза. Блэкман
показал, что повышение температуры при слабом освещении не влияет на скорость
фотосинтеза, но при одновременном повышении температуры и освещения скорость
фотосинтеза возрастает значительно больше, чем при одном лишь усилении
освещения.
На основании этих экспериментов Блэкман заключил, что происходят два
процесса: один из них в значительной степени зависит от уровня освещения, но не
от температуры, тогда как второй сильно определяется температурой независимо от
уровня света. Это озарение легло в основу современных представлений о
фотосинтезе. Два процесса иногда называют «световой» и «темновой» реакцией, что
не вполне корректно, поскольку оказалось, что, хотя реакции «темновой» фазы
идут и в отсутствии света, для них необходимы продукты «световой» фазы.
