Antwort 1:
Bei der Photosynthese ist eine Pflanze in der Lage, Sonnenenergie in eine chemische Form umzuwandeln. Sie tut dies, indem sie das von der Sonne kommende Licht einfängt und durch eine Reihe von Reaktionen die Energie nutzt, um ein Zuckermolekül namens Glukose zu bilden.
Glukose besteht aus sechs Kohlenstoffatomen, sechs Sauerstoffatomen und zwölf Wasserstoffatomen. Wenn die Pflanze das Glukosemolekül herstellt, erhält sie die benötigten Kohlenstoff- und Sauerstoffatome aus Kohlendioxid, das sie aus der Luft aufnimmt. Da Kohlendioxid jedoch keinen Wasserstoff enthält, muss die Pflanze eine andere Quelle für Wasserstoff nutzen. Die Quelle, die sie nutzt, ist Wasser. Auf der Erde gibt es viel Wasser, und jedes Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.
Um den Wasserstoff zu gewinnen, den sie für den Aufbau von Glukosemolekülen benötigt, nutzt die Pflanze die Energie der Sonne, um das Wassermolekül aufzuspalten, wobei sie ihm Elektronen und Wasserstoff entnimmt und den Sauerstoff an die Luft abgibt. Die entnommenen Elektronen werden in ein Elektronentransportsystem eingespeist, wo sie zur Herstellung von ATP genannten Energiemolekülen verwendet werden, die zum Aufbau des Glukosemoleküls dienen – all das wird durch die Sonnenenergie ermöglicht.
Bei der Photosynthese verbraucht eine Pflanze also Wasser, Kohlendioxid und Lichtenergie und produziert Glukose und Sauerstoff. Der Zucker Glukose ist wichtig, weil er für die Zellatmung notwendig ist. Bei der Zellatmung wird die chemische Energie des Glukosemoleküls in eine Form umgewandelt, die die Pflanze für Wachstum und Fortpflanzung nutzen kann. Im ersten Schritt der Atmung, der so genannten Glykolyse, wird das Glukosemolekül in zwei kleinere Moleküle, das so genannte Pyruvat, aufgespalten, wobei ein wenig Energie in Form von ATP freigesetzt wird. Dieser Schritt der Atmung erfordert keinen Sauerstoff und wird daher als anaerobe Atmung bezeichnet. Im zweiten Schritt der Atmung werden die Pyruvatmoleküle neu angeordnet und in einem Zyklus kombiniert und wieder neu angeordnet. Während die Moleküle in diesem Zyklus neu angeordnet werden, entsteht Kohlendioxid, und es werden Elektronen abgezogen und in ein Elektronentransportsystem geleitet, das, genau wie bei der Photosynthese, eine Menge ATP erzeugt, das die Pflanze für ihr Wachstum und ihre Fortpflanzung nutzen kann. Dieser letzte Schritt erfordert Sauerstoff und wird daher als aerobe Atmung bezeichnet. Das Endergebnis der Zellatmung ist also, dass die Pflanze Glukose und Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxid, Wasser und ATP-Energiemoleküle erzeugt.
Das scheint zunächst keinen Sinn zu ergeben! Wenn die Pflanze die Energie der Sonne nutzen kann, um ATP herzustellen, warum macht sie sich dann die Mühe, das ATP zu verbrauchen, um Glukose herzustellen, nur um wieder ATP zu erhalten? Es gibt zwei Gründe, warum die Pflanze dies tut:
Erstens braucht die Pflanze neben ATP auch andere Stoffe, um zu wachsen. Glukose ist ein wichtiger Baustein, der notwendig ist, um alle Proteine, DNA, Zellen, Gewebe usw. herzustellen, die für das Leben, das Wachstum und die Fortpflanzung wichtig sind.
Zweitens ist ein Problem mit der Sonne, dass sie jede Nacht verschwindet und im Winter nicht sehr hell ist. Die Pflanze braucht die ganze Zeit über Energie. Durch die Produktion von Glukose kann die Pflanze dieses Molekül speichern und es dann in der Nacht und im Winter zur Energiegewinnung nutzen, wenn die Sonne für eine gute Photosynthese nicht ausreicht.
Es ist sehr interessant, wie sich Photosynthese und Zellatmung gegenseitig unterstützen. Bei der Photosynthese braucht die Pflanze Kohlendioxid und Wasser – beides wird bei der Atmung an die Luft abgegeben. Und bei der Atmung benötigt die Pflanze Sauerstoff und Glukose, die beide durch die Photosynthese erzeugt werden! Die Produkte der Photosynthese unterstützen also gewissermaßen die Atmung, und die Produkte der Atmung unterstützen die Photosynthese, so dass ein Kreislauf entsteht.
Während Pflanzen diesen Kreislauf selbst schließen können, ist dies bei Tieren nicht möglich, da sie nicht zur Photosynthese fähig sind! Das bedeutet, dass Tiere ausschließlich durch Atmung überleben müssen. Und da wir Tiere Glukose nicht selbst herstellen können, müssen wir sie uns woanders holen – durch das Fressen von Pflanzen. Wir produzieren das Kohlendioxid, das die Pflanzen brauchen, und sie produzieren den Sauerstoff, den wir brauchen, und dann essen wir sie, um die Glukose zu bekommen, die wir brauchen. Es scheint, dass wir die Pflanzen viel mehr brauchen als sie uns brauchen!