Chlorophyll der grüne Stoff des Lebens

Ohne Chlorophyll keine Photosynthese

Grün ist die Farbe des Lebens - der grüne Pflanzensaft Chlorophyll gilt als das Blut der Pflanzen. Ohne Chlorophyll und dem Wunder Photosynthese wäre ein Leben auf der Erde unmöglich. Wir können nur leben, weil es eine Sonne gibt, und die Pflanzen Nährstoffe daraus machen.

Mittels Photosynthese wird von den Pflanzen, aus Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasser (H2O) und Sonnenlicht, mit Hilfe des grünen Farbstoffs Chlorophyll Sauerstoff (O2) und Biomasse erzeugt. Kurz ohne das Grün der Pflanzen gäbe es für uns keine Luft zum Atmen. Chlorophyll, ist eine komplexe chemische Verbindung, die dem roten Blutfarbstoff Hämoglobin sehr ähnlich ist.

Chlorophyll sammelt Licht - Photosynthese erzeugt Nahrung und Sauerstoff

Photosynthese ist ein grundlegender Prozess in der Natur, der in den Chloroplasten der pflanzlichen Zellen stattfindet, und für die Bildung der gesamten organischen Substanz (Biomasse) auf der Erde verantwortlich ist. Der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll fungiert dabei u.a. wie eine Empfangsantenne für die Strahlung der Sonne. Die Lichtenergie der Sonne wird aufgenommen, organische Substanz entsteht, indem aus unorganischen Stoffen (Wasser, Luft, Mineralien) organische Stoffe (Zucker, Stärke, Fett, Eiweiß, Vitamine u.a.) gebildet werden. Das ist biologisch verwertbare Energie, die Nahrungsgrundlage für die Pflanze selbst und alle anderen Lebewesen ist. Pflanzen erzeugen also aus Licht ihre eigene Nahrung selbst, und zusätzlich ernähren sie Mensch und Tier auch noch mit. Den nicht benötigten Sauerstoff (O2) gibt die Pflanze, als "Abfallprodukt" an die Umwelt ab. Das ist unsere Luft zum Atmen. Einfach genial!

Das Wunder Photosynthese - eine gigantische Leistung von Pflanzen

Dieses Wunder Photosynthese, das unsere Lebensgrundlage ist, findet ständig vor unseren Augen, Tag für Tag, in Millionen von Quadratkilometern Blattoberfläche statt.

Die Leistung ist enorm, 1 Quadratmeter Blattfläche soll pro Stunde 1 Gramm Zucker(Glucose) dbilden. Bildlich gesehen wären das 7.140 Gramm Traubenzucker, also 7,14 Kilo pro Stunde auf der Rasenfläche eins Fußballfeldes in der Standardgröße von 7.140 qm, nach 10 Stunden sind das bereits 71,40 kg Traubenzucker. Würden die Rasenpflanzen die gebildete Glucose nicht als Nahrung verwerten, wäre der Platz bald nicht mehr bespielbar. Eine völlig neue Betrachtungsweise von Fußballplätzen.

Die Photosynthese-Leistung von Bäumen ist gigantisch, eine 100-jährige Buche zum Beispiel hat etwa 600.000 Blätter, die zusammen etwa 1.200 Quadratmeter Blattfläche bilden. Diese Fläche kann an einen Sonnentag ca. 9.400 Liter Kohlenstoffdioxid (CO2 aufnehmen, und mittels Photosynthese 12 kg Glucose bilden, 400 Liter Wasser verdunsten und 9400 Liter. Sauerstoff (O2) erzeugen. 9.400 Liter Sauerstoff decken den Tagesbedarf on 10 Menschen.

Bis heute hat man diese faszinierende Stoffumwandlung noch nicht vollständig verstanden, aber sie lässt sich berechnen und schätzen:

• Täglich sollen mehr als 1 Million Tonnen Biomasse neu entstehen.
• Jährlich produzieren sämtliche Pflanzen auf der Erde 120 Milliarden Tonnen organische Substanz
• Die Jahresproduktion an Biomasse durch Photosynthese von grünen Pflanzen, Algen und Bakterien stellt derzeit ca. 8mal mehr Energie bereit, als die Weltbevölkerung jährlich verbraucht.

Das sind beeindruckende Zahlen. Die Glukoseproduktion der Photosynthese ist Grundlage für unsere Nahrung, Getränke, Genussmittel und Medikamente. Denn Glukose ist der Ausgangstoff für Stärke, Öle, Fette, Wachs und Zellulose. Die Zuckerproduktion der Photosynthese ist also primärer Ausgansstoff für das Pflanzenwachstum. So liefern uns die Pflanzen wiederum die Grundstoffe für unsere Kleidung und das Papier für die Bücher, die wir lesen. Werkstoffe für Möbel, Brennstoffe zum Heizen, und vieles mehr. Diese Liste kann beliebig fortgeführt werden. In allem steckt die Energie des Sonnenlichts und das Wunder der Photosynthese.

"Nicht die Liebe ist es, die das Leben in Schwung hält, sondern die Photosynthese!"

Photosynthese findet in den Blättern statt

Bei höheren Pflanzen findet die Photosynthese in dem grünen Blatt statt. Die grünen Pflanzenblätter sind perfekt für ihre Aufgaben Photosynthese und Transpiration (Abgabe von Wasser, Wasserverdunstung) konstruiert. Die Transpiration wird auch als Gasaustausch oder Atmung bezeichnet, da sie Gase aus der Umgebung aufnehmen und Wasserdampf ausscheiden.

Die Blätter sind meist sind breit und dünn, und im Querschnitt erkennt man eine mehrschichtige Struktur.

• Die oberste Schicht, die Cuticula, besteht aus Wachs, ist wasserabweisend und schützt die Pflanze vor Wasserverlust. Die darauffolgende obere Epidermis, gibt dem Blatt Stabilität und schützt das Blatt und die darunter liegenden pflanzlichen Organe vor Außeneinflüssen.
• Es folgt Palisaden- und Schwammgewebe, die auch als Zwischenblattgewebe (Mesophyll) zusammengefasst werden.
• Im Palisadengewebe befinden sich etwa 80% den Chloroplasten, in den sich das Chlorophyll befindet. Das ist der wichtigste Teil des Blattes für die Photosynthese.
• Das Schwammgewebe besteht aus unregelmäßig geformten, sternförmigen Zellen und dient der Steuerung des Gasaustausches. D.H. CO2 diffundiert ins Blatt hinein und, O2 und H2O Dampf aus dem Blatt heraus. Im Schwammgewebe finden sich nur noch wenige Chloroplasten.
• Die Blattunterseite, mit der unteren Epidermis besteht aus chlorophyllfreien Zellen. Dort befinden sich die Spaltöffnungen (Stomata), die aus zwei bohnenförmigen Zellen, den sog. Schließzellen gebildet werden. In den Schließzellen befinden sich Chloroplasten. Die Aufgabe des Stoma ist die Regulierung des Gasaustausches mit der Luft. Bei wenig Wasser in der Zelle sind die Schließzellen geschlossen, bei steigendem Wassergehalt öffnen sich die Stomata und geben Wasserdampf frei und lassen CO2 ins Zellinnere fließen.

Chlorophyll erntet Sonnenlicht - das Zusammenspiel von Pflanze und Sonne

Wir können auf der Erde nur leben, weil es die Sonne gibt, und die Pflanzen aus den Sonnenlicht Nahrung und andere organische Stoffe für uns erzeugen. Sonnenlicht regt das linsenförmige Molekül Chloroplast zur Photosynthese an. In den grünen linsenförmigen Chloroplasten ist vor allem der grüne Farbstoff Chlorophyll eingelagert. Chlorophyll funktioniert wie eine Antenne, die, die von der Sonne gesendeten, elektromagnetischen Signale (Licht) empfängt. Damit die Pflanze die Energie des Lichts aufnehmen kann, muss sie das Licht absorbieren. Diese Absorption des Sonnenlichtes ermöglichen Fotosynthesepigmente wie Chlorophyll in den Pflanzen.

Genaugenommen absorbiert das Chlorophyll, die blauen und roten Bereiche des Lichts. Der grüne Anteil im Licht wird reflektiert, daher erscheinen uns die Pflanzen grün. Vereinfacht kann man sagen, Chloroplasten nutzen Chlorophyll zur Ernte von Sonnenlicht. Der blaue und roten Anteil wird konsumiert, grün lassen sie von sich abstrahlen und ziehen es sich so als einen grünen Mantel an.

Was passiert im Chlorophyll wenn Licht darauf fällt - Der Dynamo des Lebens

In den Chloroplasten sind chlorophyllhaltige Lichtsammelkomplexe zu Antennen um ein gemeinsames Reaktionszentrum angeordnet. Dieses Netzwerk von Lichtsammlern wird vom einfallenden Licht zu Resonanzschwingungen angeregt.

Wie bei einer Orgel schwingen die einzelnen Farbpimente in unterschiedlicher Resonanzfrequenz (Energie). Das Licht "orgelt" sozusagen durch die Pigmentmoleküle die Ton- bzw. Energieleiter herunter. Dabei schwingt das äußerste Farbmolekül mit einer leicht höheren Frequenz (Energie) als das darunter liegende Pigment. Welches etwas schneller und energiereicher schwingt als das nächsttiefere Pigment etc. Das Licht verändert dabei seine Farbe vom energiereichen Blau zum energieärmeren Rot. Auf diese Weise leiten die lichtsammelnden Pigmente das Licht zu dem sog. Reaktionszentrum, das aus 2 Chlorophyllmolekülen besteht. Hier findet dann die Umwandlung von Licht in Elektrizität statt. Trifft ein Proton auf dieses Chlorophyllmolekül beginnt es zu vibrieren. Die Schwingung wird so heftig, bis eines der Elektronen die Elektronenhülle verlässt und aus dem Molekül herausschlägt. Die elektrische Ladung fließt auf einen Ladungsträger und gelangt über diesen dann in die lebende Zelle, die damit auf chemischem Weg eine Zuckerverbindung aufbaut.

Da der Lichtstrom ständig fließt, erhält das Chlorophyll laufend ein neues Elektron, das vom nächsten Lichtimpuls in das innere der Zelle transportiert wird. Eine Lichtmaschine oder Elektronenpumpe arbeitet genauso. Aus über 10.000 Einzelbausteinen besteht dieser "Dynamo des Lebens". Für die Entdeckung der verschiedenen Funktionen wurden die Münchner Robert Hubert, Johann Deisenhofer und Hartmut Michael 1988 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Es gäbe noch vieles zu Chlorophyll und Photosynthese zu berichten. In der neuen Artikel-Serie über Urpflanzen, und wie unsere Erde grün und schön wurde, werde ich das Thema Photosynthese usw. immer mal wieder aufgreifen. Unsere Urpflanzen, also die urzeitlichen Pflanzen, sind ein unendlich spannendes und faszinierendes Thema. Hier die Links zu den ersten Artikeln.

Da alles mit den Grünalgen begann, die irgendwann vor etwa 500 Millionen Jahren an Land blieben, beginnt die Serie natürlich mit einen Beitrag zu Algen und Flechten, die für die erste Grünfärbung unseres Planeten gesorgt haben. Die Grünalgen gingen eine Symbiose mit Pilzen ein und bildeten so die ersten Flechten. Es entstanden fleckige Matten, die nach und nach von den Küsten aufs Festland krochen.

In der weiteren Entwicklung entstanden Moose, die ersten wirklich unabhängigen Pflanzen an Land, sie haben den Planeten richtig begrünt. Leber- und Laubmoose sind die Nachkommen dieser Pioniere, sie überzogen nach und nach die ganze Erde mit einer grünen Decke. Unter dieser grünen Decke, zerkleinerten die Moose das Gestein, und veränderten so den Erdboden, eine erste Humusschicht entstand. Dies ermöglichte anderen Lebensformen, das Meer zu verlassen, und sich auf dem Festland weiterzuentwickeln. Die Basis für alles weitere Leben auf der Erde war nun geschaffen.

 

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