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Les travaux de Van Niel ont été confirmés par un autre groupe de scientifiques. Ils ont effectué une réaction de photosynthèse en fournissant aux plantes de l'eau contenant l'isotope 18 de l'oxygène et du dioxyde de carbone contenant l'isotope 16 de l'oxygène. Quel isotope de l’oxygène sera produit par la photosynthèse?
Commençons donc par résumer le processus de la photosynthèse. Grâce à la photosynthèse, les plantes convertissent le dioxyde de carbone et l’eau en glucose et en oxygène. L'énergie lumineuse est nécessaire pour que la réaction ait lieu. Celle-ci est absorbée par la chlorophylle dans la partie verte de la plante. Par exemple, les feuilles. Le glucose produit sert à nourrir la plante, tandis que l'oxygène produit peut être utilisé par les organismes pour la respiration. Dans les années 1930, van Niel, un microbiologiste hollandais et américain, étudia la photosynthèse chez les bactéries sulfureuses vertes et pourpres. Ces bactéries contiennent un pigment appelé bactériochlorophylle, qui est très similaire à la chlorophylle présente dans les chloroplastes chez les plantes.
Voici la réaction de la photosynthèse chez les bactéries sulfureuses vertes et pourpres. Le dioxyde de carbone plus le sulfure d'hydrogène en présence d'énergie lumineuse, qui est absorbée par la bactériochlorophylle, produisent du glucose, de l'eau et du soufre. Comparons côte à côte la photosynthèse des plantes vertes et la photosynthèse des bactéries sulfureuses vertes et pourpres.
Vous remarquerez certainement de nombreuses similitudes entre les deux équations simples de chaque réaction. Les deux organismes utilisent le dioxyde de carbone comme réactif. L’autre réactif est dans chaque cas un composé contenant de l’hydrogène. Chez les plantes vertes, c’est de l’eau. Et chez les bactéries sulfureuses vertes et pourpres, il s’agit du sulfure d’hydrogène. Chez les deux organismes, ces réactifs sont convertis en produits par le biais de l’énergie lumineuse. Les deux types d’organisme produisent du glucose. Dans les plantes vertes, l’autre produit est l’oxygène, alors que dans les bactéries sulfureuses vertes et pourpres, l’eau est produite avec le soufre.
On pensait auparavant que l’oxygène produit dans les plantes vertes par la photosynthèse provenait du dioxyde de carbone. Cependant, van Niel remarqua que dans les bactéries sulfureuses vertes et pourpres, aucun oxygène n’était produit malgré la présence de dioxyde de carbone dans les réactifs. Il en a déduit que l’oxygène produit provenait des molécules d’eau plutôt que du dioxyde de carbone, comme on le pensait autrefois. Pour que les scientifiques puissent confirmer le travail de van Niel, ils ont étudié la photosynthèse en utilisant des isotopes de l’oxygène. En utilisant de l’eau et du dioxyde de carbone contenant différents isotopes de l’oxygène, puis en recherchant où ces isotopes de l’oxygène se trouvaient dans les produits, ils ont pu confirmer les travaux de van Niel. Voyons donc plus en détail l’expérience effectuée par ce groupe de scientifiques.
La question nous dit qu'ils ont utilisé deux isotopes différents de l'oxygène, l'oxygène-18 et l'oxygène-16. Mais qu'est-ce qu'un isotope? Et qu’est-ce que cela signifie réellement? Les isotopes sont les atomes d'un même élément qui ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. L’oxygène-16 et l’oxygène-18 ont tous deux huit protons dans leur noyau, représentés ici en fuchsia. Le nombre de neutrons dans chaque isotope est différent. Le noyau de l’oxygène-16 contient huit neutron, tandis que le noyau de l’oxygène-18 contient 10 neutrons. Ceux-ci sont représentés dans la figure en orange. En raison de leurs propriétés physiques différentes, les isotopes peuvent servir à marquer les éléments afin de les distinguer au cours des réactions chimiques.
Dans la question, on nous dit que les plantes ont reçu de l'eau contenant l'isotope 18 de l'oxygène, représenté ici en orange. L'oxygène du dioxyde de carbone fourni était sous sa forme la plus abondante, l'isotope 16 de l'oxygène. Van Niel avait suggéré que l’oxygène produit par la photosynthèse provenait de l’eau. Ces scientifiques devraient donc aussi constater que l'oxygène produit contient l'isotope 18 de l'oxygène s'il provient bien de la division de la molécule d'eau dans les réactifs. Donc, la réponse à la question «Quel isotope de l’oxygène sera produit par la photosynthèse?» est l’oxygène-18.
