Perkembangan Sejarah Fotosintesis

Para ilmuwan khususnya di bidang fisiologi tumbuhan, sejak lama telah mengamati dan mengeksplor fenomena fotosintesis. Sekitar tahun 1600-an awal, Jan van Helmont, seorang dokter sekaligus ahli kimia yang berasal dari Flandria, ingin mengetahui penyebab dari bertambahnya massa tumbuhan dari waktu ke waktu sehingga melakukan sebuah percobaan. Percobaan ini dijadikan dasarnya untuk mengetahui faktor apa saja yang dapat menyebabkan hal tersebut terjadi. Helmont melalui percobaan yang telah dilakukan mendapatkan kesimpulan bahwa pemberian air merupakan faktor dari bertambahnya massa tumbuhan dari waktu ke waktu.

Selanjutnya pada tahun 1727, Stephen Hale, seorang ahli botani yang berasal dari Inggris, ia berasumsi bahwa bertambahnya massa tumbuhan dari waktu ke waktu tidak hanya faktor pemberian air saja namun ada faktor lain yang mempengaruhinya. Maka dari itu ia kemudian berpendapat bahwa hasil dari adanya proses tertentu yang melibatkan cahaya dan atmosfer merupakan sebagian sumber makanan tumbuhan.

Beberapa tahun berikutnya tepat pada tahun 1771, Joseph Priestley, seorang pendeta sekaligus ahli kimia yang berasal dari Inggris melaukan beberapa percobaan. Percobaan pertama, dalam sebuah tabung tertutup yang terbalik ia meletakkan sebuah lilin menyala. Pada percobaan ini didapatkan hasil bahwa sebelum lilin habis terbakar dalam tabung tertutup tersebut terlihat nyala api lilin cepat padam. Lalu pada percobaan kedua, ia kemudian meletakkan sebuah tanaman bersama dengan lilin yang menyala dalam sebuah tabung gelas tertutup. Dari pengamatan yang ia lakukan, ternyata nyala api lilin lebih bertahan lama atau tetap menyala dibandingkan dengan percobaan pertama yang dilakukannya sebelumnya. Berdasarkan kedua percobaan tersebut kemudian ia menyimpulkan bahwa terdapat sebuah gas yang dihasilkan oleh tumbuhan yang menyebabkan nyala api lilin lebih bertahan lama atau selama gas tersebut masih ada maka lilin akan tetap menyala. Namun saat itu, ia belum mengetahui bahwa gas yang dihasilkan oleh tumbuhan tersebut merupakan oksigen.

Selain itu, Priestley juga melakukan percobaan untuk mengetahui dampak apalagi yang ditimbulkan oleh gas tersebut dengan melakukannya pada tikus. Pertama, ia meletakkan sebuah tikus dalam tabung gelas tertutup terbalik bersama dengan lilin yang menyala dan diperoleh hasil yaitu tikus tersebut mati lemas. Kemudian percobaan kedua ia menambahkan sebuah tumbuhan sehingga di dalam tabung gelas terbalik tersebut terdapat lilin yang menyala, tikus dan tumbuhan. Pada percobaan kedua ini ternyata tikus dalam tabung masih hidup. Berdasarkan kedua percobaan yang ia lakukan tersebut ditarik kesimpulan bahwa tikus mati akibat “rusaknya” udara dalam tabung tersebut dan tikus akan tetap hidup selama ada tumbuhan juga di dalamnya yang mana tumbuhan ini dapat berfungsi “memulihkan” udara yang rusak akibat nyala api lilin.

Dengan menariknya penemuan dari percobaan yang dilakukan oleh Priestley menyebabkan banyaknya para ahli yang juga ikut tertarik dan menggali mengenai fenomena tersebut, salah satunya yaitu Jan Ingenhousz, seorang dokter atau ahli fisiologi kerajaan Austria dari German. Ia melakukan sebuah percobaan dengan menggunakan sebuah tumbuhan air yaitu Hydrila verticilata.

Berdasarkan percobaan yang ia lakukan tersebut, dapat sedikitnya ia jelaskan fenomena yang terlihat pada percobaan-percobaan yang dilakukan oleh Priestley sebelumnya. Pada percobaan ini, terlihat bahwa adanya pengaruh cahaya matahari terhadap kemampuan tumbuhan dalam “memulihkan” udara yang “rusak”. Selain itu, ia juga mengemukakan bahwa selain dapat memulihkan udara yang rusak ternyata tumbuhan juga dapat berlaku sebaliknya yang mana “mencemari” udara saat keadaan gelap. Maka dari itu, ia memberi saran agar mengeluarkan tumbuhan atau tanaman saat malam hari agar tidak mencemari udara dan meracuni orang-orang yang ada di dalamnya.

Adapun tiga hal penting yang didapatkan lainnya dari percobaan yang dilakukan Ingenhousz yang juga melengkapi pengetahuan berdasarkan percobaan yang dilakukan Priestley sebelumnya yaitu benar adanya bahwa cahaya matahari terlibat dan dibutuhkan dalam proses tertentu tersebut; gas yang dihasilkan dari proses tersebut telah dibuktikan ternyata merupakan gas oksigen (O2); dan gas O2 tersebut hanya dikeluarkan oleh bagian yang hijau saja (daun).

Penemuan-penemuan yang telah diperoleh oleh Priestley dan Ingenhousz ini kemudian lebih disempurnakan lagi oleh seorang pastor sekaligus ahli botani dari Perancis yaitu Jean Senebier pada tahun 1782. Gas karbondioksida merupakan udara yang “merusak” dan “dipulihkan” oleh tumbuhan dalam proses tertentu tersebut. Kemudian ahli fisiologi sekaligus kimia dari Swiss yaitu Nicholas de Saussure menemukan bahwa pertumbuhan tanaman akibat penyerapan karbondioksida dan air. Hasil penyerapan ini kemudian dikemukakan oleh Sachs bahwa pada proses tersebut (fotosintesis) menghasilkan karbohidrat atau zat gula yang disebut amilum.

Dari beberapa percobaan serta pernyataan yang ada, kemudian Theodore de Saussure mengemukakan korelasi antara asumsi Stephen Hole sebelumnya dengan fenomena udara “terpulihkan” atau “dirusak” tersebut. Dijelaskan bahwa pertambahan massa dari tumbuhan tidak hanya dari pemberian air namun juga karean adanya penhyerapan karbondioksida. Maka dari itu, para ahli merumuskan persamaan reaksi yang terjadi pada proses fotosintesis yang menghasilkan sebuah zat gula berdasarkan simpulan-simpulan yang telah didapatkan dari berbagai percobaan sebelumnya sebagai berikut.

reaksi-fotosintesis-lum-lengkap-6252d84392cb5a4b5a0add02.jpg

Setelah terumuskannya persamaan fotosintesis seperti di atas sekarang munculah pertanyaan dari para ahli mengenai sumber atau penyebab dihasilkannya gas oksigen tersebut. para ahli menduga bahwa dihasilkannya gas oksigen merupakan akibat dari adanya pemecahan gas karbondioksida. Namun hal tersebut kemudian dipatahkan dan dijelaskan oleh Cornelis Van Niel mengenai penjelasannya terhadap proses kimia yang terjadi pada fotosintesis.

Ia mempelajari bagaimana fotosintesis yang terjadi pada bakteri sulfur dan bakteri hijau. Dari hasil eksplorasi yang dilakukannya, diketahui bahwa proses fotosintesis merupakan salah satu dari reaksi redoks dengan pemanfaatan cahaya matahari, yang mana peristiwa “pemulihan” tersebut karena karbondioksida berkurang akibat hidrogen. Dengan energi cahaya matahari ini juga, bakteri sulfur mampu menghasilkan zat gula dari reaksi antara gas belerang (H2S) dan gas karbondioksida (CO2), jadi bukan dari H2O (air) sepeti pada tumbuhan. Pada bakteri ini, terjadi pemecahan pada H2S sehingga menghasilkan belerang (S). Fenomena tersebut menyebabkan Niel berasumsi bahwa gas oksigen yang dihasilkan dari proses fotosintesis pada tumbuhan merupakan hasil pemecahan air (H2O). Berikut persamaan reaksi yang terjadi pada fotosintesis bakteri sulfur yang diamati:

reaksi-fotosintesis-bakteri-sulfur-6252d87292cb5a5750652f72.jpg

Kemudian, pernyataan tersebut dipertegas dengan penemuan yang ditemukan oleh Ruben dan Kamen. Mereka melakukan sebuh percobaan menggunakan air bertanda pada proses fotosintesis. Sesuai dengan namanya, yang mana pada percobaan ini dengan alat tertentu nantinya komponen oksigen (O) pada air diberi tanda agar mudah dikenali. Setelah reaksi fotosintesis tersebut berlangsung, maka didapatkanlah hasil yang membuktikan gas yang dihasilkan pada fotosintesis merupakan gas oksigen yang dilihat dari O2 bertanda tersebut sehingga itu membuktikan juga bahwa gas oksigen berasal dari pemecahan H2O bertanda. Reaksi antara energi cahaya matahari yang diserap oleh tumbuhan dengan pemecahan air dalam fotosintesis merupakan reaksi fotolisis. Oleh karena itu, didapatkanlah rumusan lengkap dari persamaan reaksi fotosintesis sebagai berikut:

reaksi-lengkap-fotosintesis-6252d89092cb5a5a9d56a9a2.jpg

Berdasarkan penjelasan di atas, maka didapatkan beberapa pengetahuan mengenai fotosintesis adalah:

• Fotosintesis hanya dapat dilakukan oleh beberapa jenis bakteri dan tumbuhan.
• Fotosintesis memerlukan energi cahaya untuk menghasilkan suatu zat gula sederhana.
• Zat gula yang dihasilkan dari fotosintesis berbahan dasar gas karbondioksida (CO2) dan air (H2O).
• Fotosintesis menghasilkan produk sisa berupa gas oksigen (O2) dan air (H2O).
• Fotosintesis sering kali juga disebut dengan asimilasi karbon karena membentuk zat gula dari reaksi antara gas karbondioksida dengan air.

Selanjutnya seorang ahli bernama Robert Hill berasumsi bahwa suatu kompleks reaksi terdapat perantara ke plastokinon dan lainnya dari kitokrom f ke dalam satu tahap mekanisme pembentukan karbohidrat. Yang mana plastokinon merupakan penghubung semua itu yang membutuhkan energi demi mengurangi kitokrom f. Hal ini dikarenakan kitokrom f merupakan reduktan yang baik.

Kemudian Hill melakukan percobaan lebih lanjut yang dapat membuktikan bahwa pada fotosintesis tumbuhan hijau menghasilkan oksigen. Ia mengemukakan bahwa kloroplas dapat terisolasi sehingga menghasilkan oksigen saat memperoleh pemasok pengurang tidak alami seperti Fe2(C2O4)3 atau besi (III) oksalat, benzokinon atau ferisianida setelah disinari oleh cahaya. Artinya, oksigen dapat terbentuk dari adanya reaksi antara air dengan suatu akseptor elektron dengan bantuan cahaya. Berikut merupakan persamaan reaksi yang terjadi:

reaksi-fotosintesis-hill-6252d8b5bb448634e464e1d2.jpg

Dengan A merupakan suatu akseptor elektron. Maka dari itu, dalam penerangan, suatu akseptor elektron akan berkurang dan oksigen terbentuk atau bertambah. Lebih jauh lagi kemudian Melvin Calvin dan Andrew Benson menjelaskan mengenai siklus reduksi karbon pada fotosintesis (jalur asimilasi karbon) pada tumbuhan, yang mana siklus ini dikenal sebagai siklus Clavin atau banyak juga para ahli yang menyebutnya sebagai siklus Calvin-Benson.

Tidak hanya sampai disana, beberapa ahli seperti Jan Amesz dan Louis N.M Duysens menemukan fakta bahwa klorofil a menyerap satu cahaya kemudian mengoksidasi kitokrom f. Lalu cahaya lainnya akan terserap oleh klorofil a dan pigmen-pigmen yang lain. Namun, hal ini berdampak pada pengurangan pada kitokrom sama yang telah teroksidasi dan menunjukkan bahwa dalam satu rangakaian proses fotosintesis tersebut melibatkan dua reaksi cahaya.