Comment a-t-on découvert que les plantes ont besoin de lumière pour fabriquer de l'oxygène ?

On a découvert que les plantes ont besoin de lumière pour fabriquer de l'oxygène en 1779, quand Jan Ingenhousz montra que la lumière, et pas seulement la terre et l'eau, était indispensable au processus. Ingenhousz n'était pas botaniste de métier : c'était un médecin qui, une décennie plus tôt, était devenu célèbre pour avoir inoculé la famille impériale des Habsbourg contre la variole et être devenu le médecin personnel de l'impératrice Marie-Thérèse. Son intérêt pour les gaz qu'échangent les plantes n'est né qu'après sa rencontre avec le chimiste Joseph Priestley, qui avait remarqué que les plantes rejetaient et absorbaient des gaz sans comprendre que le soleil y était pour quelque chose, ce qui rendait ses résultats incohérents.

Ingenhousz combla cette lacune grâce à des mois d'expériences minutieuses et méthodiques menées en 1779 dans une maison de campagne louée pour l'occasion. Il immergea des plantes dans l'eau et observa des bulles s'échapper de leurs parties vertes au soleil, des bulles qu'il identifia comme de l'oxygène, tandis qu'à l'ombre ces bulles finissaient par s'arrêter. Comme il l'écrivit lui-même, les plantes pouvaient « corriger » l'air vicié « en quelques heures », mais seulement « en plein jour, ou au soleil ». Il découvrit aussi le processus inverse dans l'obscurité : les plantes y rejetaient du gaz carbonique.

Un détail qu'il remarqua allait s'avérer immensément important. La quantité d'oxygène rejetée par les plantes à la lumière était supérieure à la quantité de gaz carbonique rejetée dans l'obscurité, ce qui lui indiqua qu'une partie de la masse d'une plante devait venir de l'air lui-même, et pas seulement de l'eau et des nutriments du sol, une idée qu'il continua d'explorer par la suite.

Ces bulles laissaient entrevoir un processus aujourd'hui mesuré à l'échelle de la planète. Les tout premiers organismes photosynthétiques utilisaient probablement l'hydrogène ou le sulfure d'hydrogène plutôt que l'eau comme source d'électrons, bien avant que les cyanobactéries n'apparaissent et ne rejettent assez d'oxygène pour aider à oxygéner toute la Terre, rendant possible l'apparition de la vie complexe. Aujourd'hui, la photosynthèse mondiale capte de l'énergie à un rythme moyen d'environ 130 térawatts, soit à peu près huit fois tout ce que consomme la civilisation humaine, tout en transformant chaque année entre 100 et 115 milliards de tonnes de carbone en matière vivante.