Energiegewinnung in der Natur

Am untersten Ende der Nahrungskette stehen die Bakterien, welche teilweise unter extremen Bedingungen Energie erzeugen können. Eine besondere Form der Energieerzeugung oxidiert anorganische Stoffe, wie Schwefelwasserstoff, Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Eisen und gewinnt dabei Energie, um ATP (Adenosintriphosphat) aufzubauen. ATP ist die universelle Energieeinheit der Natur und kommt in allen Organismen vor. Besonders eindrucksvoll ist die Symbiose zwischen Bakterien und Röhrenwürmern in der Tiefsee bei den Black Smokern. Dies sind kleine Schlote, die anorganische Substanzen ausstoßen. In der Nähe dieser extrem heißen Schlote siedelt sich der Röhrenwurm Riftia pachyptila an. In seinem Bauchraum hat er ein besonderes Organ, das Bakterien enthält, die für ihn Energie herstellen.

Bei der Photosynthese nutzt die Pflanze in ihren Blättern das Licht aus, um Protonen auf die eine Seite der Membran zu pumpen. Anschließend fließen diese über die ATPase wieder zurück und es wird ATP hergestellt. Die Pflanze ist auch mithilfe des Calvin-Zyklus in der Lage, Zucker herzustellen. Viele Pflanzen stellen auch Öle her, die vor allem in dem Samen als Nahrungsquelle für Keimlinge dienen. Es gibt aber auch die Cyano-Bakterien, die genau nach dem gleichen Prinzip ihre Energie gewinnen, diese werden oft mit den Algen verwechselt, weil sie auch Blaualgen genannt werden. Die Photosynthese ist die verbreitetste Energiegewinnungsart auf der ganzen Welt. Dies zeigt auch, dass Solarenergie von der Natur bereits vor Milliarden von Jahren entdeckt wurde und immer noch auf Platz 1 ist.

Der Mensch nimmt Fett und Zucker zu sich und es heißt, dass diese veratmet werden. Zu aller erst muss der Zucker in der Glykolyse abgebaut werden, dabei entsteht nur ein bisschen ATP. Anschließend geht es in den Citratzyklus, und da wird NADH (Nicotin-Adenin-Dinucleotid) und Kohlenstoffdioxid erzeugt. Das NADH wird unter anderem genutzt, um wieder an einer Membran Protonen auf eine Seite zu pumpen. Sind die Protonen auf einer Seite, wollen sie wieder zurück, und da gibt es wieder die ATPase, welche ATP erzeugt. Klingt auf den ersten Blick sehr ähnlich zur Photosynthese. Der Unterschied ist nur, bei der Photosynthese entsteht aus Wasser Sauerstoff, welcher veratmet werden kann, wobei wie beim Menschen aus Zucker und Sauerstoff > Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht. D.h. es ist quasi die umgekehrte Reaktion. D.h. die Energie, die wir durch unsere Nahrung aufnehmen, kommt größtenteils von der Sonne.

In den drei Beispielen davor hatte man Sauerstoff gebraucht, um anorganische Stoffe zu oxidieren, es wurde Sauerstoff hergestellt von den Pflanzen und der Mensch hatte Sauerstoff benutzt, um die Nährstoffe zu veratmen. Doch es geht auch ohne Sauerstoff.

Alkohol ist nicht nur ein Genussmittel, es ist auch ein sehr energiereicher Stoff, der durch alkoholische Gärung durch Hefen (Pilze) produziert wird. Viele dieser Pilze würden lieber den Zucker mit Sauerstoff veratmen, doch wenn sie keinen Sauerstoff zur Verfügung haben, dann betreiben sie Gärung ohne Sauerstoff. Dabei produzieren sie aus Zucker > Kohlenstoffdioxid und Alkohol. Der Mensch kann diesen dann mit Sauerstoff weiter veratmen und die restliche Energie raus holen. Denn die Stoffumsetzung mit Sauerstoff liefert viel mehr Energie!

Wenn Milch oder Wein schlecht wird, dann schmecken sie sauer, bzw. nach Essig. Dies ist kein Zufall, denn auch dort gibt es Bakterien, die ohne Sauerstoff, d.h. in einem verschlossenen Gefäß leben und Stoffwechsel betreiben. Diese stellen aus Zucker > Milchsäure oder Essigsäure her und decken so ihren Energiebedarf. Wenn der Mensch dann Essig oder Joghurt zu sich nimmt, kann er die Säure mithilfe von Sauerstoff veratmen und weitere Energie gewinnen.

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