Was macht Pflanzen so unentbehrlich?
Es ist ihre Fähigkeit, die Sonnenenergie für den Aufbau von energiereichen Kohlenhydraten zu nutzen, die ihren Stoffwechsel in Gang halten. Und da die Pflanzen am Beginn der Nahrungskette stehen, profitieren alle anderen Lebewesen ebenfalls von dieser unerschöpflichen Energiequelle. Auch den bei dem Prozess der Photosynthese frei werdenden Sauerstoff benötigen Mensch und Tier, nämlich um dem Körper die mit der Nahrung aufgenommenen Nährstoffe verfügbar zu machen.
Wie dienen Pflanzen als Sauerstofflieferanten?
Um ihren Organismus aufrechterhalten zu können, brauchen Mensch und Tier bestimmt Stoffe. Durch regelmäßige Nahrungsaufnahme nehmen wir Kohlenhydrate, Fette, Eiweiß, Vitamine und Mineralstoffe auf und generieren somit Energie. Außerdem ist es jedoch notwendig, dass unser Körper regelmäßig mit Sauerstoff versorgt wird. Durch die Atmung nimmt unser Körper Sauerstoff aus der Luft auf und gibt Kohlendioxid ab. Ohne Sauerstoff könnten wir nicht überleben. Alle arbeitenden Systeme in unserem Körper würden ausfallen und unser Herz würde aufhören zu schlagen.
Um Sauerstoff zu produzieren, brauchen Pflanzen Licht, denn das ist die Voraussetzung dafür, dass sie die für ihr Wachstum benötigten Stoffe aufbauen können. Dieser Vorgang wird als Photosynthese (wörtlich etwa "Aufbau des Licht") bezeichnet. Nur grüne Pflanzen können Photosynthese betreiben, weil nur ihre Zellen den grünen Blattfarbstoff Chlorophyll enthalten. Mit seiner Hilfe wird aus Wasser (das aus dem Boden entnommen wird) und Kohlendioxid (das aus der Luft in das Blattgewebe gelangt) unter Anwesenheit von Sonnenlicht energiereicher Traubenzucker (Glucose) hergestellt; dabei werden Wasser und Sauerstoff freigesetzt, der an die Luft abgegeben wird. Damit ist die Photosynthese von entscheidender Bedeutung für den Erhalt des Sauerstoffanteils in der Erdatmosphäre.
Der Traubenzucker wiederum wird in andere Stoffe, wie beispielsweise Stärke, umgewandelt, die zum Aufbau des Pflanzenkörpers und für dessen Lebensvorgänge benötigt werden.
Wie dient die Photosynthese als Nahrungsgrundlage für Mensch und Tier?
Pflanzen sind in der Lage, aus anorganischen Stoffen die organischen Stoffe herzustellen, die sie zum Leben brauchen; sie werden deshalb auch als "autotroph" ("sich selbst ernährend") bezeichnet. Tiere und der Mensch dagegen müssen organische Substanzen, also Pflanzen oder Tiere, mit der Nahrung aufnehmen, um ihren Stoffwechsel in Gang zu halten. Sie sind "heterotroph" ("sich von anderen ernährend") und damit von der Stoffproduktion der grünen Pflanzen abhängig: Indem wir Pflanzen zum Beispiel in Form von Gemüse essen, nehmen wir Kohlenhydrate auf, aus denen wir Baustoffe und Energie für unseren Körper gewinnen. Die von den Pflanzen produzierten energiereichen Verbindungen verbrennen wir in einem Prozess, der als "Atmung" bezeichnet wird. Diese Verbrennung kann nur durch die Aufnahme von Sauerstoff erfolgen.
Wie hat die Photosynthese die Erde für Mensch und Tier bewohnbar gemacht?
Erfunden wurde die Photosynthese vor etwa vier Milliarden Jahren von den Cyanobakterien (Blaualgen). Der bei der Photosynthese freigesetzte Sauerstoff wurde von im Meerwasser gelösten Eisenverbindungen gebunden und gelang nicht in die Atmosphäre. Eine "Verbrennung" von Kohlenhydraten und eine direkte Rückverwandlung in Kohlendioxid war damals nicht möglich, da es zu dieser Zeit kaum Sauerstoff in der Luft gab. Es wurde also ständig Kohlendioxid verbraucht, aber nicht erneuert. Dies hatte zur Folge, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre abnahm und die Erde sich abkühlte. Das Wasser verdampfte daher nicht in den Weltraum.
Erst nachdem sich die Blaualgen vor circa 2,3 Milliarden Jahren auch auf dem Land verbreiteten, konnte der von ihnen freigesetzte Sauerstoff in die Atmosphäre gelangen. Vor 1,5 Milliarden Jahren erreichte der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre ein Niveau von 1 Prozent und ermöglichte somit die direkte Verbrennung von Kohlehydraten mit Hilfe der Atmung. Dies ermöglichte die Entstehung neuer größerer Mikroorganismen mit einem Zellkern.
Vor etwa 600 Millionen Jahren ermöglichte die zunehmende Sauerstoffkonzentration schließlich die Existenz vielzelliger Lebewesen. Der heutige Sauerstoffgehalt der Atmosphäre (21 %) beruht allein auf der Sauerstofffreisetzung der Pflanzen, ohne den ein Leben für Tiere und Menschen auf der Erde unmöglich wäre.
