Das Leben entdeckt das Sonnenlicht
Leben braucht Energie, und die ersten Lebewesen bezogen sie aus Mineralien und stellten ihre Nahrung in der Dunkelheit der Tiefsee her. Diejenigen, die folgten, fanden Energie an anderen Orten – und als Vorfahren von Pflanzen und Tieren fingen sie Sonnenlicht in den Untiefen ein oder aßen Nahrung, die von anderen Zellen hergestellt wurde.
Jedes Lebewesen – von der Mikrobe bis zum höchsten Baum – verbraucht Energie, die kleine Moleküle in große verwandelt, lebensspendende Materie in Zellen pumpt und dem Zerfall widersteht. Die unmittelbare Energiequelle hierfür ist die Nahrung. Energiereiche Substanzen wie Zucker und Fette durchlaufen in den Zellen eine Art kontrollierte Verbrennung – auf die gleiche Weise, wie chemischer Kraftstoff verbrannt werden kann, um jede Maschine anzutreiben. Doch statt sich zu entzünden, nutzen Zellen molekulare Katalysatoren (Enzyme genannt), um auf sichere und beherrschbare Weise die Energie aus ihrem Nährstoff-Brennstoff zu gewinnen. Der Vorgang wird Atmung genannt.
View attachment 7847▶ Raubtiere im Miniaturformat Amöben erhalten Nahrung, indem sie kleinere Organismen wie Algen verschlingen und diese mithilfe von Verdauungsenzymen abbauen. Das bedeutet, dass Amöben in der Dunkelheit leben können, aber Beute brauchen, um am Leben zu bleiben.
ESSEN MACHEN
Pflanzen sind nicht die einzigen Lebensmittelproduzenten. Die autarksten Organismen von allen können ohne Licht leben und nur mit mineralhaltigem Wasser überleben. Diese Lebensformen – allesamt Bakterien oder Archaeen – können aus chemischen Prozessen, an denen diese Mineralien beteiligt sind, Energie gewinnen und daraus ihre Nahrung herstellen. Organismen, die diese chemische Ernährung übernehmen, gehörten zu den ersten Lebensformen, die in den tiefen, mineralreichen Ozeanen gediehen. Einige sind heute die unsichtbaren Recycler der Natur, deren Fähigkeit, Mineralien zu verändern, dabei hilft, den Stickstoff in abgestorbenen Pflanzen und Tieren an andere Lebewesen zurückzugeben. Eine bedeutende Veränderung in den Fähigkeiten prähistorischer Mikroben kam es, als sie in sonnenbeschienene flache Gewässer eindrangen. Diese neuen Bakterien nutzten Sonnenlicht zur Herstellung von Nahrungsmitteln – im Rahmen der Photosynthese. Sie konnten sich nur bei Tageslicht ernähren – aber die Belohnung dafür war bei weitem größer als die des Herstellens Nahrung in der Dunkelheit: Sonnenlicht enthält viel mehr Energie als Mineralien. Diese Mikroben gediehen daher gut, während sie sich in den Küstenmeeren sonnten. Sie organisierten und erfanden chemische Prozesse neu und wandelten energiespendende Reaktionen in neue um, die Sonnenstrahlung nutzten. Sie taten dies mit Pigmenten wie Chlorophyll, die die Lichtenergie absorbierten und einfingen. Die ersten Photosynthesegeräte wandelten Kohlendioxid in Zucker um, indem sie den Wasserstoff aus Schwefelwasserstoff hinzufügten. Wissenschaftler wissen dies aufgrund der gelben Schwefelablagerungen, die dieser Prozess im Gestein hinterlässt. Doch eine spätere Verfeinerung der Photosynthese verhalf den Lebensformen stattdessen dazu, Wasserstoff aus Wasser zu gewinnen. Die damals übrig gebliebene Substanz – Sauerstoff – füllte schließlich die Atmosphäre (siehe S. 116–17) und half später beim Verbrennen der Zellen ihre Nahrung in der Atmung effizienter. Diese Pioniere waren wahrscheinlich wie die heutigen Cyanobakterien. Sie wuchsen zu klebrigen Zellfilmen heran, die Sedimente einschlossen. Im Laufe der Jahrtausende bildeten diese Kolonien felsige Hügel, sogenannte Stromatolithen („Stroma", Bett; „Lithos", Fels). Stromatolithen leben immer noch in einigen warmen Küstenmeeren, wo die besonders salzigen Bedingungen die Weidetiere unterdrücken – aber sie sind im Fossilienbestand reichlich vorhanden.
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▲ Energie aus Sonnenlicht Eine dünne Matte aus Cyanobakterien auf einem lebenden Stromatolithen nutzt grünes Chlorophyll, um Sonnenlicht einzufangen. Die Energie wird genutzt, um aus Kohlendioxid und Wasser Bio-Lebensmittel herzustellen, wobei als Nebenprodukt Sauerstoff austritt.
LEBENSMITTEL VERBRAUCH
Sobald einige Lebensformen begannen, Nahrung zu produzieren, bestand die Möglichkeit einer Abkürzung. Anstatt Produzenten zu sein, könnten Organismen eine neue Strategie entwickeln – sie könnten von anderen produzierte Lebensmittel essen. Diese Organismen gaben die Nahrungsmittelherstellung auf und wurden zu Konsumenten – sie sammelten ihre Nahrung in fertiger Form. Diejenigen, die auf diese Weise Bio-Lebensmittel konsumieren, sind Tiere, Pilze und eine ganze Reihe von Mikroben. Wahrscheinlich die ersten Essensfresser Es nimmt gelöste Nahrungsmittel – wie zum Beispiel Zucker – auf, indem es diese einfach aus der Umgebung aufnimmt. Zersetzer wie Pilze erhalten auf diese Weise immer noch Nahrung – sie produzieren Verdauungssäfte, um alle organischen Materialien in der Nähe abzubauen, damit sie leichter absorbiert werden können. Die aktive Jagd, bei der ein Organismus einen anderen frisst und verdaut, war ein offensichtlicher nächster Schritt, und komplexe Zellen wie Amöben entwickelten die Möglichkeit, kleinere Organismen zu verschlingen. Es war das Auftreten dieses räuberischen Verhaltens, das den Beginn mikroskopischer Nahrungsketten markierte. Heutzutage sind Erzeuger und Verbraucher durch die Energieübertragung entlang größerer Nahrungsketten miteinander verbunden. Das Leben im Meer und an Land beginnt mit den solarbetriebenen Algen und Pflanzen, die heute fast die gesamte Nahrung der Welt liefern. Pflanzenfresser und Raubtiere verbrauchen unersättlich, während all diese Lebewesen wiederum auf Pilze und Bakterien angewiesen sind, die auf unterschiedliche Weise tote Materie recyceln.
▼ Wo die Photosynthese stattfindet Die Photosynthese ist der wichtigste Prozess der Nahrungsherstellung im modernen Leben. Pflanzen und Algen sind die Produzenten von Nahrungsketten, die den Tieren an Land und in den Ozeanen dienen.
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