Em Dezembro de 1800, Brown aceitou emprego como naturalista a bordo do navio HMS Investigator, sob o comando de Matthew Flinders, então a fazer os preparativos finais para uma viagem de exploração à costa da Austrália. A viagem, que se tornaria histórica pelos seus resultados, destinava-se a fazer o levantamento hidrográfico da costa australiana.
Depois de uma longa e acidentada viagem, o HMS Investigator chegou a King George Sound, naquilo que é hoje a Austrália Ocidental em Dezembro de 1801. Durante três anos e meio Brown levou a cabo um intenso trabalho de investigação sobre a vegetação e a composição florística da das regiões da Austrália que visitou, recolhendo cerca de 3400 espécies, das quais cerca de 2000 eram então desconhecidas para a ciência. Infelizmente, uma grande parte da sua colecção perdeu-se quando o navio Porpoise, que a transportava com destino a Londres, naufragou em viagem.
Sendo um dos cientistas que acompanharam Flinders em sua viagem histórica, manteve-se a bordo do Investigator em exploração da costa australiana de Dezembro 1801 até terminar o cruzeiro, em Junho 1803 no porto de Sydney Apesar de acabada a viagem de exploração, Brown optou por permanecer na Austrália até Maio 1805
Regressado a Inglaterra em 1805, despendeu os quatro anos seguintes a estudar e organizar a sua colecção de plantas. Durante este período publicou numerosas descrições de novas espécies e géneros: apenas para a região ocidental da Austrália deve-se a Brown a descrição de cerva de 1200 novas espécies. Em 1810 publicou os resultados do seu trabalho sobre a flora australiana na sua famosa obra Prodromus Florae Novae Hollandiae, a primeira descrição sistemática da flora da Austrália.
Nesse ano, Robert Brown sucedeu a Jonas C. Dryander como bibliotecário de Sir Joseph Banks, e após a morte deste, ocorrida em 1820, herdou a sua biblioteca e herbário. Brown ofereceu-os em 1827 ao British Museum, sendo então nomeado conservador da Banksian Botanical Collection, a colecção de espécimes e de literatura botânica que tinha sido feita por Joseph Banks.
Em 1827, quando examinava ao microscópio uma suspensão aquosa de grãos de pólen e esporos de musgos e de Equisetum, Brown observou que pequenas partículas contidas nos vacúolos dos grãos de pólen executavam pequenos movimentos aparentemente aleatórios. Intrigado, observou que o mesmo fenómeno ocorria em partículas de pó, o que lhe permitiu concluir que os movimentos não eram devidos a mecanismos biológicos associados ao pólen. Apesar de não ter conseguido encontrar a verdadeira explicação para o fenómeno observado, este passou a designar-se por movimento browniano, em honra do seu descobridor.
Por volta de 1833, Brown descobriu o núcleo celular, sendo o primeiro a descrever a sua presença nas células dos eucariotas.
Depois da divisão do Departamento de História Natural do British Museum em três secções, ocorrida e, 1837, Robert Brown exerceu as funções de primeiro conservador do Departamento de Botânica, mantendo-se nesse cargo até à sua morte, ocorrida em Londres, a 10 de Junho de 1858. Foi sucedido nas suas funções no British Museum por John Joseph Bennett.
O nome de Robert Brown é lembrado na designação do género de herbáceas australianas Brunonia e por múltiplas espécies, entre as quais o eucalipto, Eucalyptus brownii.
- Os trabalhos de Robert Brown sobre as orquídeas
- Alguns artigos científicos de Robert Brown
- Weber, A. 2004. Gesneriaceae and Scrophulariaceae: Robert Brown and now in Telopea 10(2): 543-571.
- Robert Brown no Ask.com
- The Banksian Botanical Collection.
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