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Bio-Team
Joseph Priestley und die Entdeckung der Fotosynthese
lernst du in der Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Grundlagen zum Thema Joseph Priestley und die Entdeckung der Fotosynthese

Inhalt

Die Entdeckung der Fotosynthese – Biologie

Es ist allgemein bekannt, dass Pflanzen unverzichtbar sind, da sie die Atmosphäre mit Sauerstoff versorgen. Dies geschieht während der Fotosynthese. Der Prozess ist bereits gut erforscht und wird auch im Schulunterricht behandelt. Doch wann und wodurch wurde die Fotosynthese eigentlich entdeckt? Wer war Joseph Priestley, wo lebte er und was hat er herausgefunden? Welche bedeutenden Versuche hat er durchgeführt? Im Folgenden geht es um die Geschichte der Entdeckung der Fotosynthese. Viel Spaß!

Fotosynthese – Definition

Die Fotosynthese ist ein biochemischer Prozess. Sie läuft in Pflanzen (aber auch in Algen und einigen Bakterien) ab.
Dabei nimmt die Pflanze neben Licht Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) und Wasser ($\ce{H2O}$) auf. Aus diesen Edukten entstehen dann die Produkte Glucose ($\ce{C6H12O6}$) und Sauerstoff ($\ce{O2}$). Dieser Ablauf der Fotosynthese lässt sich mit folgender Formel darstellen:

$\ce{ 6 CO2 + 6 H2O -> C6H12O6 + 6 O2}$

Fotosynthese – frühere Annahmen

Bis vor einigen Hundert Jahren galt die Annahme, dass Pflanzen aus der Erde Substanzen aufnehmen und diese für den Aufbau von Biomasse, beispielsweise von Blättern und Ästen, nutzen.

Um das Jahr 1600 führte der Wissenschaftler Johan Baptista van Helmont ein bedeutendes Experiment zum Wachstum von Bäumen durch. Er wollte überprüfen, ob Pflanzen tatsächlich alle benötigten Substanzen aus der Erde aufnehmen.

Dazu pflanzte er einen jungen Weidenbaum in ein mit Erde gefülltes Pflanzgefäß. Zuvor hatte er die Masse des Baums ($\pu{2,5 kg}$) und die Masse des Pflanzgefäßes mitsamt der Erde ($\pu{91 kg}$) bestimmt. Über mehrere Jahre hinweg wurde der Baum ausreichend gegossen und wuchs immer weiter. Dabei blieb er die ganze Zeit in demselben Gefäß. Nach einiger Zeit wurde die Masse des Baums und die des gefüllten Pflanzgefäßes erneut bestimmt. Der Baum wog nun $\pu{77,5 kg}$ und das Gefäß mit der Erde wog $\pu{90,944 kg}$. Der Weidenbaum ist demnach um ein Gewicht von $\pu{75 kg}$ schwerer geworden, obwohl die Masse der Erde nur um wenige Gramm abgenommen hat.

Van Helmont schlussfolgerte daraus, dass der Massenzuwachs des Baums nicht aus der Erde stammen kann. Er begründete die Zunahme des Baums mit der Aufnahme von Wasser, da dem Baum außer Wasser seiner Meinung nach nichts zugeführt wurde. Zum Teil hatte er damit auch recht, da Pflanzen tatsächlich Wasser aufnehmen und in der Fotosynthese spalten. Van Helmont wusste jedoch nicht, dass auch Substanzen aus der Luft aufgenommen und in pflanzliche Biomasse umgewandelt werden.

Die Entdeckung der Fotosynthese durch Joseph Priestley

Heutzutage gibt es eine Erklärung für den Massenzuwachs von Pflanzen. Man weiß, dass Pflanzen Wasser und darin gelöste Nährstoffe aus der Erde und Sauerstoff aus der Luft aufnehmen und außerdem die Lichtenergie der Sonne nutzen. Einen Grundstein für diese Erkenntnis legte der Wissenschaftler Joseph Priestley.

Joseph Priestley – Leben

Priestley war ein britischer Naturwissenschaftler, Theologe und Philosoph, der im 18. Jahrhundert lebte. Er forschte über Themen aus den Bereichen Biologie, Chemie und Physik. Im Folgenden ist ein kurzer Steckbrief abgebildet, um den Lebenslauf von Joseph Priestley etwas besser kennenzulernen.

Name Joseph Priestley
Geburtsdatum 13.03.1733 in Fieldhead bei Leeds (Großbritannien)
Sterbedatum 06.02.1804 in Northumberland in Pennsylvania (USA)
Entdeckungen und Erfindungen
  • Element Sauerstoff und seine Wirkung
  • Element Lachgas
  • Darstellungsmöglichkeiten für einige weitere Gase, beispielsweise Kohlenstoffmonoxid, Chlorwasserstoff und Ammoniak
  • Radiergummi
  • Sehr bedeutsam waren Priestleys Versuche zur Reinigung „verdorbener“ Luft mithilfe von Pflanzen. Im Zuge dessen beobachtete und beschrieb er erstmals die Wirkweise der Fotosynthese. Im Jahr 1771 fand er heraus, dass Gase für die Ernährung einer Pflanze wichtig sind. Dies war ein großer Fortschritt. Wie er das herausfand, schauen wir uns nun an.

    Joseph Priestley – Versuch

    Priestley führte Versuche mit drei Glasglocken durch. Die Glasglocken waren luftdicht abgeschlossen. Es konnte also kein Gasaustausch mit der Außenwelt stattfinden.

    1. Unter die erste Glasglocke setzte er eine Maus. Diese starb nach einiger Zeit und Priestley schlussfolgerte, die Maus habe die Luft verschlechtert und sei deshalb erstickt. Der Versuch wurde mit einer Kerze wiederholt. Auch die Kerze erlosch nach einiger Zeit. Priestley ging davon aus, dass die Maus und die Kerze den gleichen Bestandteil aus der Luft benötigen. Sowohl Maus als auch Kerze verderben die Luft.

    2. Unter die zweite Glasglocke stellte Priestley eine Topfpflanze. Nach einiger Zeit ging sie jedoch auch ein.

    3. Unter die dritte Glasglocke wurden eine Topfpflanze und eine Maus gesetzt. Sowohl die Maus als auch die Pflanze überlebten. Auch als die Kerze gemeinsam mit der Pflanze unter eine Glasglocke gestellt wurde, erlosch sie diesmal nicht. Die Pflanze schien also in der Lage zu sein, die Luft zu verbessern, indem sie den Bestandteil, den die Kerze und die Maus verbrauchten, wieder zurückbrachte.

    Die Abbildung zeigt den Versuchsaufbau von Joseph Priestley.

    Priestley Fotosynthese Experiment

    Joseph Priestley – heutige Erklärung seiner Versuche

    Priestley selbst konnte noch nicht genau benennen, was er beobachtet hatte. Er erkannte nur, dass Pflanzen ein Gas abgeben, das die Maus und die Kerze benötigen. Pflanzen sind somit in der Lage, die durch die Maus oder Kerze verdorbene Luft zu reinigen. Andere Forschende fanden später heraus, dass das Gas, das Pflanzen abgeben, Sauerstoff ist. Die Maus atmet Sauerstoff ein und ein anderes Gas – Kohlenstoffdioxid – wieder aus. Ist der Sauerstoff verbraucht, stirbt die Maus. Joseph Priestley meinte mit verbrauchter Luft demnach eine sauerstoffarme Luft.

    Befindet sich eine Pflanze in der Nähe, nimmt diese das ausgestoßene Kohlenstoffdioxid der Maus auf und verwendet es für die Fotosynthese. Dabei entsteht wieder Sauerstoff, der anschließend der Maus zur Verfügung steht. Enthält die Luft viel Sauerstoff, nannte Priestley dies eine gereinigte Luft. Eine spätere Beobachtung war außerdem, dass für die Fotosynthese neben Kohlenstoffdioxid auch noch Licht benötigt wird.

    Die Entdeckung der Fotosynthese – Zusammenfassung

    Natürlich wurde die Fotosynthese nicht von einer einzigen Person entdeckt und aufgeklärt, sondern über viele Jahrzehnte hinweg von zahlreichen Forschenden nach und nach zu erklären versucht. Eine erste Erkenntnis von van Helmont war:

    • Die beim Pflanzenwachstum aufgenommenen Substanzen stammen nicht nur aus der Erde, sondern auch aus dem Wasser.

    Priestley kam später durch seine Experimente zur Fotosynthese zu dem Ergebnis:

    • Gase aus der Luft (Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid) sind bei der Ernährung von Pflanzen ebenfalls von Bedeutung.

    In weiteren Forschungen folgte außerdem die Erkenntnis:

    • Pflanzen benötigen Licht für ihre Ernährung.

    Nun wissen wir die Antworten auf die Fragen, wer die Fotosynthese entdeckt hat und wie die Entdeckungsgeschichte ablief. Die Frage, wann die Fotosynthese erfunden wurde, lässt sich so nicht beantworten, da dies keine Erfindung von Menschen ist, sondern ein natürlicher Prozess.

    Zur Festigung des Wissens stehen Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zur Verfügung. Außerdem gibt es zahlreiche weitere Videos rund um dieses Thema, beispielsweise zur Beeinflussung der Fotosyntheseleistung, zur Verwertung der Fotosyntheseprodukte und zum experimentellen Nachweis der Reaktion. Viel Spaß!

    Transkript Joseph Priestley und die Entdeckung der Fotosynthese

    Halllo! Wie Du sicher weißt, ernähren sich Pflanzen durch die Fotosynthese. Aber hast du dich schon einmal gefragt, wie man darauf kam, dass Pflanzen Fotosynthese betreiben können und sich auf diese Weise ernähren können? Und wie man herausgefunden hat, dass Pflanzen Kohlenstoffdioxid und Wasser aufnehmen und daraus Sauerstoff und Biomasse machen können?

    Das hat man schon vor einigen Hundert Jahren herausgefunden und wie genau, das zeigt Dir dieses Video. Schau’s dir einfach an!

    Ursprüngliche Ansicht

    Bis vor einigen Hundert Jahren nahm man an, dass Pflanzen aus der Erde Substanzen aufnehmen und diese für den Aufbau ihrer Biomasse, also zum Beispiel für neue Blätter oder Äste, aufnehmen.

    Weidenbaumexperiment von van Helmont

    Der Naturforscher van Helmont machte dann um 1600 ein Experiment zum Wachstum von Bäumen. Er wollte damit überprüfen, ob Pflanzen tatsächlich alle Substanzen, die sie für ihr Wachstum benötigen, aus der Erde aufnehmen.

    Er pflanzte dazu einen jungen Weidenbaum in ein mit Erde gefülltes Pflanzgefäß. Vorher bestimmte er die Masse des Baumes und der trockenen Erde. Der Weidenbaum wog 2,5 kg und das verwendete Pflanzgefäß mit der Erde 91 kg. Über fünf Jahre hinweg wurde der Weidenbaum ausreichend gegossen und wuchs in dem Pflanzgefäß.

    Der Weidenbaum wog nach dieser Zeit 77,5 kg, die Erde zusammen mit dem Gefäß 90,44 kg. Das heißt, dass der Weidenbaum über 70 kg an Gewicht zugenommen hatte, obwohl die Masse der Erde in dem Pflanzgefäß nur um wenige Gramm abgenommen hatte. Daraus schloss van Helmont, dass der Massenzuwachs des Baumes nicht aus der Erde stammen konnte.

    Die Zunahme der Masse führte van Helmont auf die Aufnahme von Wasser zurück, da dem Baum ausschließlich Wasser gegeben worden war. Damit hatte der Forscher Recht: Wie wir heute wissen, wird von der Pflanze tatsächlich Wasser aufgenommen und in der Fotosynthese gespalten. Allerdings war zu dieser Zeit noch völlig unklar, dass auch Substanzen aus der Luft von der Pflanze aufgenommen werden und in pflanzliche Biomasse umgewandelt werden.

    Die Versuche von Priestley

    Hast Du eine Idee, wie man das herausfinden konnte? Der englische Naturforscher Priestley verwendete Glasglocken, um einen Raum zu schaffen, der von der Umwelt abgeschlossen ist und bei dem kein Gasaustausch mit der Außenwelt möglich ist.

    Er fand 1771 heraus, dass Gase aus der Luft für die Ernährung einer Pflanze wichtig sind. Der Forscher stellte fest, dass eine Maus stirbt, wenn sie unter eine Glasglocke gesetzt wird. Die unter der Glasglocke wird von der Maus sozusagen verschlechtert und die Maus erstickt. Auch eine Pflanze kann alleine unter einer Glasglocke nicht leben und stirbt ebenso.

    Werden aber Pflanze und Maus gemeinsam unter eine Glasglocke gesetzt, können beide überleben. Daraus konnte der Forscher schließen, dass von der Maus die Luft verschlechtert wird und die Luft von der Pflanze sozusagen wieder verbessert wird.

    Der Gaskreislauf von CO2 und O2

    Andere Wissenschaftler stellten fest, dass die beiden Gase Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid für diese Versuchsergebnisse zuständig sind. Die Maus atmet Sauerstoff ein und Kohlenstoffdioxid wieder aus.

    Kohlenstoffdioxid wird von der Pflanze aufgenommen und in der Fotosynthese zu Sauerstoff umgewandelt. Dieser Sauerstoff steht dann wieder den Tieren zur Verfügung. Es wurde auch beobachtet, dass für die Fotosynthese Licht benötigt wird.

    Zusammenfassung

    Jetzt hast Du gesehen, wie man die Fotosynthese entdeckt hat. Damals wusste man natürlich noch nichts von den genauen Abläufen in der Pflanze. Man hat durch einfache Beobachtung festgestellt, dass Pflanzen wachsen und dabei die aufgenommenen Substanzen nicht aus der Erde stammen. Stattdessen nehmen die Pflanzen Wasser auf.

    Durch Experimente mit Gasglocken fand man heraus, dass Licht und auch Gase, nämlich Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid, bei der Ernährung der Pflanze, also bei der Fotosynthese, eine Rolle spielen. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

    53 Kommentare

    53 Kommentare
    1. Hallo Mariounddiana60,
      da hast du völlig recht! Der Fehler wurde vermerkt und wird baldmöglichst korrigiert. Vielen Dank für den Hinweis!
      Liebe Grüße aus der Redaktion

      Von Tatjana Elbing, vor mehr als einem Jahr
    2. Hallo! Das Video ist sehr schön gemacht und super zu verstehen. Leider hat sich hier aber ein kleiner Rechenfehler eingeschlichen. 91kg - 56 sind nicht 90,44 kg. Richtig ist, 91 kg - 56g = 90,944 kg. Ihr beschreibt also einzuviel an Masseverlust der Erde von 0,5 kg

      Von Mariounddiana60, vor mehr als einem Jahr
    3. Sehr gut zu verstehen 👍😄

      Von Gerlach Katrin, vor mehr als einem Jahr
    4. Hallo Kerstin Rogowski,
      ja, das ist absolut korrekt. Deswegen handelt es sich bei der Aussage auch um eine falsche Auswahlmöglichkeit, die nicht ausgewählt werden soll. Die Antwort hat einen leicht grünen Rahmen, da es richtig von dir war, diese Antwort nicht anzukreuzen.
      Beste Grüße aus der Redaktion

      Von Tatjana Elbing, vor etwa 2 Jahren
    5. In meinen Buch steht,dass die Aluminiumfolie nur kein Licht durchlässt und nicht das die "chemische Zusammensetzeung" der Folie verhindert das Fotosynthese bertrieben werden kann!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

      Von Kerstin Rogowski, vor etwa 2 Jahren
    Mehr Kommentare

    Joseph Priestley und die Entdeckung der Fotosynthese Übung

    Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Joseph Priestley und die Entdeckung der Fotosynthese kannst du es wiederholen und üben.
    • Beschreibe das Experiment von Jean Baptiste van Helmont.

      Tipps

      Aristoteles, einer der einflussreichsten und bekanntesten Philosophen, nahm an, dass Pflanzen alle Substanzen, die sie für ihr Wachstum benötigen, aus der Erde beziehen.

      Jede wissenschaftliche Untersuchung beginnt mit einer Fragestellung.

      Lösung

      Jean Baptiste van Helmont nahm sich im Jahre 1600 der umstrittenen Frage der Pflanzenernährung an und führte ein Experiment mit einem Weidenbaum durch. Hierfür bestimmte er zu Anfang das Gewicht des Weidenbaums und der Erde und wiederholte es nach 5 Jahren. Obwohl der Weidenbaum so sehr an Gewicht zugenommen hatte, wog die Erde nur wenige Gramm weniger als noch vor 5 Jahren. Daraus schloss er, dass sich der Baum nicht wie früher angenommen von der Erde, sondern von dem Wasser ernährt, da das Wasser das einzige war, was er der Pflanze gegeben hatte.

    • Beschreibe das Experiment von Priestley.

      Tipps

      Priestley führte einen ähnlichen Versuch mit einer Kerze und einer Pflanze durch. Er stellte eine Kerze unter eine Glasglocke und konnte beobachten, dass sie nach kurzer Zeit erlischt. Anschließend stellte er die Pflanze in dieselbe Glasglocke und konnte beobachten, dass die Pflanze in der von der Kerze „verschlechterten“ Luft prächtig gedieh.

      Lösung

      Joseph Priestley konnte mit seinem Versuch deutlich zeigen, dass sich Pflanzen nicht nur von Wasser ernähren, sondern auch Gase aus der Luft benötigen. Obwohl er die Gase nicht genau bestimmen konnte, fasste er das Prinzip der Fotosynthese durch seine Beobachtungen korrekt zusammen:

      „Tiere und Menschen verschlechtern die Luft, Pflanzen können in der faulen Luft besonders gut gedeihen und verbessern sie dadurch.“

    • Stelle die Gleichung der Fotosynthese dar.

      Tipps

      Was waren die Ausgangsstoffe und was waren die Endprodukte?

      Welches Gas verbrauchen die Pflanzen und welches produzieren sie?

      Lösung

      Die Fotosynthese ist ein komplizierter Prozess, bei dem aus den aufgenommenen anorganischen Stoffen Wasser und Kohlenstoffdioxid unter Nutzung der Energie des Lichtes und mithilfe des Chlorophylls, also des grünen Blattfarbstoffs, Glucose aufgebaut wird. Dabei wird Sauerstoff frei und an die Umwelt abgebeben.

    • Erkläre das Ergebnis des Stärkenachweises.

      Tipps

      Wovor wird das Blatt geschützt, wenn es mit Alufolie verpackt wird?

      Alufolie ist lichtundurchlässig.

      Lösung

      Bei der Fotosynthese wird aus den anorganischen Stoffen Wasser und Kohlenstoffdioxid mithilfe des Chlorophylls zunächst Glucose aufgebaut.

      Für diese Reaktion ist die Lichtintensität von großer Bedeutung. Denn nur unter Nutzung der Energie des Lichtes kann die Fotosynthese ablaufen. Lichtenergie ist Strahlungsenergie, die die Organismen für Lebensprozesse nicht nutzen können. Sie muss erst in chemische Energie umgewandelt werden und das können nur Lebewesen, die Chlorophyll besitzen.

    • Ermittle die Erkenntnisse, die die Wissenschaftler aus ihren Experimenten gewannen.

      Tipps

      Die Gase in der Luft konnten damals nicht benannt werden.

      Lösung

      Jean Baptiste van Helmont und Joseph Priestley trugen erheblich zur Entdeckung der Fotosynthese bei, konnten sie aber noch nicht komplett definieren.

      Jean Baptiste van Helmont konnte die Annahme widerlegen, dass Pflanzen sich ausschließlich aus der Erde ernähren, schloss aber daraus, dass sie das Wasser für das Wachstum gebrauchen. Dass für das Wachstum der Pflanze auch Gase aus der Luft wichtig sind, war ihm noch unbekannt.

      Joseph Priestley konnte beweisen, dass Mäuse die Luft verschlechtern und Pflanzen in schlechter Luft gut gedeihen und sie dadurch verbessern. Die Gase Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff kannte Priestley zur damaligen Zeit noch nicht.

    • Erkläre, ob Pflanzen, die sich während der Nacht im Schlafzimmer befinden, für Menschen schädlich sind.

      Tipps

      Welche Erkenntnisse lieferte der Stärkenachweis von Blättern?

      Lösung

      Pflanzen können nachts keine Fotosynthese betreiben, sondern atmen genauso wie Menschen, Tiere, die meisten Pilze, Algen und sogar einige Bakterien.

      Bei der Atmung wird die Glucose vollständig zu anorganischen Stoffen wie Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut. Sauerstoff wird dabei verbraucht und Kohlenstoffdioxid an die Luft abgegeben.

      Es stimmt also, dass Pflanzen nachts ebenfalls Kohlenstoffdioxid ausatmen. Allerdings kann man trotzdem ohne Bedenken eine Pflanze ins Schlafzimmer stellen, denn die Menge des verbrauchten Sauerstoffs ist so gering, dass es kaum eine Rolle spielt. Die feuchte Erde kann allerdings Schimmelpilze enthalten, die für Menschen, die darauf allergisch reagieren, eine Gefahr darstellen könnten. Für gesunde Menschen sind auch diese ungefährlich.

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