У 1771 р англійський хімік Дж. Прістлі довів за допомогою простого досвіду, що тварини роблять повітря непридатним для дихання, а рослини його «очищають». На вікні, освітленому сонцем, вчений накрив скляним ковпаком живу мишу. Через кілька годин миша здохла. Коли Прістлі помістив під ковпак разом з мишею гілочку м'яти, миша вела себе як завжди. Відкриття Прістлі справило на сучасників величезне враження. Однак незабаром виявилося, що досвід вдавався далеко не завжди, навіть у самого Прістлі.
Хлоропласти в клітці листа моху мніума.
У 1779 р голландець Я. Інгенгауз уточнив досвід Прістлі. Він з'ясував, що зелена рослина «очищає» повітря тільки на сонячному світлі. Швейцарський ботанік Ж. Сенебье в 1782 р остаточно встановив, що днем при сонячному світлі зелені рослини виділяють кисень. Сенебье довів, що зелена рослина «очищає» повітря не тому, що воно дихає, а в зв'язку з його вуглецевим живленням. Згодом цей процес був названий фотосинтезом (освіта речовини на світлі). Фотосинтез може відбуватися тільки на світлі і тільки в зелених частинах рослини.
Заглянемо в зелену лабораторію рослини - в клітку. Зелений колір листа залежить від особливих зелених пластид - хлоропластів, що знаходяться в його клітинах. Майже у всіх рослин хлоропласти округлі або злегка витягнуті. У кожній клітині кілька десятків, а іноді й понад сотню хлоропластів. Вони складаються з безбарвною цитоплазматичної основи і зеленого пігменту - хлорофілу. Крім хлорофілу в хлоропластах є і жовті пігменти. Зниження температури руйнує хлорофіл, але не діє на жовті пігменти. Тому восени, коли повітря стає холодніше, листя починає жовтіти. Як всяке забарвлене тіло, хлорофіл поглинає світлові промені, але не всі видимі промені спектру, а лише червоні і синьо-фіолетові.
З атмосфери проникає в клітини рослини вуглекислий газ. Він складається з вуглецю і кисню. У зеленому хлоропласті під впливом сонячного світла, поглиненого хлорофілом, молекули води розкладаються і водень з'єднується з вуглекислотою, з цього з'єднання в подальшому утворюється цукор або частки крохмалю. При такій хімічної реакції кисень звільняється і виділяється в атмосферу.
Лист добре пристосований для поглинання вуглекислого газу. З обох сторін він одягнений шкіркою, або епідермісом. Клітини цієї тканини щільно прилягають один до одного. Зверху епідерміс захищений шаром жирової речовини - кутикулою, яка майже не пропускає в рослину парів води і газів. В епідермісі є особливі утворення - продихи, що складаються з двох замикаючих клітин. Клітини ці можуть відходити одна від одної, відкриваючи знаходиться між ними щілину, крізь яку і проникає в рослину вуглекислий газ (концентрація його в повітрі за обсягом становить зазвичай 0,03%). Днем продихи під впливом світла зазвичай відкриті, а на ніч закриваються. Зближуючись і розмикаючи, продихи регулюють надходження в рослину вуглекислого газу і виділення парообразной води.
Поперечний розріз листа.
Під епідермісом в листі залягає тканину, яка містить хлорофілові зерна. Вона названа столбчатой (або палісадні) паренхімою. Паренхіми називаються тонкостінні клітини, ширина і довжина яких приблизно однакові; столбчатая паренхіма складається з клітин, витягнутих стовпчиками. Під нею знаходиться тканину з більш пухко розташованими клітинами - губчаста паренхіма. У хлоропластах столбчатой і губчастої паренхіми і здійснюється фотосинтез.
Крім того, весь лист пронизують жилки, їх називають судинно-волокнистими пучками. Кожна жилка складається з декількох трубчастих судин і механічних волокон. За одним трубках - судинах, які позбавлені живого вмісту, від коренів через стебло надходить до листків вода, за іншими - живих клітин (ситовідним трубках) - пересуваються від листя до стебла і коріння розчини цукру та інших органічних речовин, що утворилися при фотосинтезі. Сітовідной трубками вони названі тому, що поперечні перегородки у них нагадують сито.
Для освіти органічних речовин (цукру і крохмалю) з вуглекислого газу і води потрібна енергія, і хлоропласти отримують її у вигляді енергії сонячного променя. У зеленому листі відбувається і процес дихання, т. Е. Окислення органічної речовини, що утворилася при фотосинтезі. Він відбувається цілодобово, фотосинтез ж - тільки вдень на світлі, але набагато інтенсивніше, ніж дихання. Окислюючись, органічна речовина виділяє ту енергію, яку воно отримало від сонячного променя в момент свого утворення. Ця енергія використовується рослиною для зростання, розвитку та інших процесів життєдіяльності. Таким чином, енергія, поглинена рослиною при фотосинтезі, не зникає, а лише переходить з однієї форми в іншу: світлова - в хімічну, хімічна - в механічну або теплову. Так здійснюється в житті рослини один з основних законів природи - закон збереження енергії.
Поперечний розріз судинно-волокнистого пучка.
Зелений лист - джерело життя на нашій планеті. Хлоропласти листа - це єдина в світі лабораторія, в якій з простих неорганічних речовин - води і вуглекислого газу - створюються за допомогою енергії сонячного променя складні органічні речовини - цукор і крохмаль. К. А. Тімірязєв говорив: «Дайте самому кращому кухареві скільки завгодно сонячного світла і цілу річку чистої води і попросіть, щоб з усього цього він приготував вам цукор, крохмаль, жири і зерно, - він вирішить, що ви над ним смієтеся. Але те, що здається абсолютно фантастичним людині, безперестанку відбувається в зеленому листі рослин ». При фотосинтезі засвоюється лише 1-2% енергії сонячних променів, що падають на рослину. Однак і цього цілком достатньо, щоб рослини могли прогодувати весь тваринний світ.
Чим більше сонячних променів засвоять рослини, тим повніше енергія Сонця буде використана для життя на Землі. Тому найважливіше завдання хлібороба - якомога повніше вловити сонячні промені. Чим ширший посівні площі, чим краще розподілені рослини на полях, ніж врожайніший сорти рослин, тим більше уловлено сонячної енергії.
Людина використовує не тільки той сонячний промінь, який падає на Землю зараз, але і той, який впав на неї десятки і сотні мільйонів років тому. Адже пласти кам'яного вугілля в надрах Землі утворилися протягом геологічних епох з колись існували рослин. Багато вчених вважають, що нафта і горючий газ, подібно вугіллю, виникли з органічної маси. У більш пізні періоди життя Землі з сфагнового моху почав утворюватися торф.
Винахідник паровоза Стефенсон запитав одного разу свого приятеля:
- Чи знаєш ти, що рухає цей поїзд?
- Звичайно. Твій винахід, - відповів його співрозмовник.
- Ні. Його рухає сонячне проміння, поглинений зеленою рослиною сотні мільйонів років тому.