zum Inhalt.
zur Hauptnavigation.

Inhalt

Hintergrund: Fotosynthese und Zellatmung - Die Fotosynthese - Grundlage allen Lebens

  • Blätter (Quelle: Colourbox) Pflanzen können die Energie des Sonnenlichtes speichern (Quelle: Colourbox)

Der Vorgang des Stärkeaufbaus unter Lichteinfluss wird als Fotosynthese bezeichnet, denn die Bildung (gr. synthesis = Bildung, Zusammensetzung) der Stärke findet nur unter dem Einfluss von Licht (gr. phos = Licht) statt. Die Fotosynthese beinhaltet komplexe biochemische Reaktionen, sie kann aber vereinfacht zusammengefasst werden:

Die Fotosynthese ist der wichtigste Stoffwechselprozess in der Natur, denn sie ist die Grundlage allen Lebens.

Man weiß heute, dass die Erdatmosphäre bis zum Auftreten der ersten grünen Pflanzen keinen Sauerstoff enthielt. Erst durch die Fotosyntheseleistung der Pflanzen wurde die Erdatmosphäre langsam mit Sauerstoff angereichert. Damit wurde die Grundlage für die Atmung von Tieren und Menschen gelegt und somit auch für das Auftreten dieser Lebewesen auf der Erde.

Durch die Fotosynthese sind Pflanzen in der Lage, die Energie des Sonnenlichtes in Form von organischen Verbindungen (z.B. Stärke) zu speichern. Diese Energie ist Grundlage aller Lebensvorgänge bei Pflanzen, Tieren und Menschen. Am Beispiel „Pausenbrot“ kann man sich das bewusst machen:

  • Pausenbrot (Quelle: Colourbox) Ohne Fotosynthese gäbe es kein Pausenbrot (Quelle: Colourbox)

Hauptbestandteil des Brotes ist das Mehl, das es nur durch die Fotosyntheseleistung der Weizenpflanze gibt. Die Pflanze wandelt die Energie der Sonne in chemische Energie um. Diese Energie wird in der Stärke der Weizenkörner gespeichert. Essen wir das Brot, liefert die Stärke unserem Körper die Energie, die er zum Funktionieren braucht. Aber Brot alleine schmeckt nicht. Es kann z. B. mit Wurst belegt sein, die uns ebenfalls Energie liefert. Auch Wurst gibt es nur, weil es Fotosynthese gibt. Das Schwein nämlich, von dem die Wurst stammt, frisst z. B. Kartoffeln. Es kann sich bewegen, weil es die Energie aus der Kartoffel hat und es kann wachsen. Voraussetzung für all dies ist, dass die Kartoffelpflanze aus Licht, Wasser und Kohlenstoffdioxid durch Fotosynthese Stärke produziert und diese in den Kartoffelknollen (ihren Speicherorganen) einlagert. Auf der Grundlage der Kartoffelkost (und damit der Fotosynthese) wird also Schweinefleisch gebildet, aus dem der Metzger Wurst herstellt.

Es gibt, was die Energiegewinnung betrifft, also einen grundsätzlichen Unterschied zwischen Pflanzen und Tieren. Man nennt Pflanzen autotroph (von gr. autos = selbst; trophé = Ernährung), weil sie ihren Nährstoffbedarf selbst decken können. Tiere und Menschen sind aber heterotroph (von gr. heteros = anders), denn sie sind auf die Nährstoffe von anderen (Tieren oder Pflanzen) angewiesen.

Wie kann ein Baum im Herbst und Winter ohne Blätter überleben?

In unseren Breiten verändern die meisten Bäume im Herbst ihre Farbe. Das Grün verschwindet, an seine Stelle treten bei vielen Arten Gelb-, Braun- oder Rottöne. Letztlich werfen die Laubbäume die Blätter ganz ab. Sie schützen sich dadurch gegen das Vertrocknen. Das scheint zunächst widersinnig, denn das Winterhalbjahr erleben wir doch eher als feuchte Zeit.

Dennoch macht der Laubwurf Sinn, denn im Winter kommt es häufig zu Bodenfrost. Das Bodenwasser ist dann für die Baumwurzeln nicht aufnehmbar. Bäume sind aber auf den Wassernachschub aus dem Boden angewiesen, wenn ihre Blätter transpirieren. Durch den Laubwurf verhindern sie also zu große Wasserverluste, Schneebruch und Erfrieren.

Aber Laubverfärbung und den Laubwurf haben noch einen anderen Effekt. Die Bäume können ohne das "Grün" in den Blättern keine Fotosynthese mehr betreiben, denn hierfür benötigen sie Blattgrün (Chlorophyll), das sie kurz vor dem Laubfall abbauen. Also bereits, wenn sie zwar noch am Baum hängen aber nicht mehr grün, sondern schon braun oder gelb sind.

Wovon leben also Bäume im Herbst und Winter, wenn sie keine Stärke und Glukose herstellen können? Die Antwort heißt Speicherstärke! Diese Speicherstärke wird während der „Grünen Jahresperiode" produziert und in Amyloplasten abgelagert. Bei Amyloplasten handelt es sich um Zellorganellen, die den Chloroplasten in ihrer Struktur ähneln, aber farblos sind. Beim Austreiben im Frühjahr greifen die Bäume auf ihre Speicherstärke zurück. Die Stärke wird enzymatisch zu Glukose gespalten und aus diesem frei werdenden Zucker baut der Baum praktisch alle Stoffe auf, die er zum Leben braucht.

Näher betrachtet: Nährstoffe aus der Pflanze

Als Nährstoffe bezeichnet man die Verbindungen, die zur Energiegewinnung und zum Körperaufbau verwendet werden. Es sind dies Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße. Die Stärke und der Traubenzucker (Glukose), die in der Fotosynthese hergestellt werden, gehören zu den Kohlenhydraten. Woher stammen aber die anderen Nährstoffe, wie z. B. das Öl aus Sonnenblumenkernen und Oliven, oder das Eiweiß aus dem Vollkornbrot?

Grundlage all dieser Stoffe sind die Kohlenhydrate aus der Fotosynthese. Ein Teil davon geht in komplizierte Stoffwechselprozesse ein, in denen Fette und Eiweiße gebildet werden. Das Fett, das in der Sonnenblume gebildet wird, wird in den Samen gespeichert, das Eiweiß des Weizens wird unter der Samenschale des Korns gespeichert.

Auch Zellulose wird aus dem synthetisierten Traubenzucker (Glukose) hergestellt. Zellulose ist der wichtigste Baustoff der Pflanzen, aus dem die Zellwände aufgebaut werden. Er entsteht durch die Aneinanderreihung vieler Traubenzuckerteile zu langen Ketten.

Die Fotosynthese – Grundlage allen Lebens

Solange es genügend Pflanzen gibt, die Fotosynthese betreiben, haben wir noch einmal Glück gehabt. Was dabei passiert erfährst du hier und in der HTML5-Animation "Fotosynthese.

MultimedialInteraktive Animation [HTML5 - für Tablets geeignet]
(Quelle: SWR - Screen aus der Animation) Multimedial