Pflanzen

Fotosynthese – die Grundlage des Lebens

Bäume, Gräser und Blumen – in all diesen Pflanzen findet die sogenannte Fotosynthese (oder Photosynthese) statt. Das ist der Prozess, bei dem Pflanzen Sonnenlicht nutzen, um ihre eigene Nahrung herzustellen. Das Hauptprodukt ist dabei der Zucker Glukose. Doch wie genau funktioniert das und welche Rolle spielt der grüne Farbstoff Chlorophyll?

Von Katrin Ewert

Was ist Fotosynthese?

Fotosynthese (oder "Photosynthese") ist ein chemischer Prozess, mit dem Pflanzen mit Hilfe von Sonnenlicht ihre eigene Nahrung herstellen. Fotosynthese läuft vor allem in grünen Pflanzen ab und auch in einigen Bakterien und in Algen, die nicht zu den Pflanzen gezählt werden.

Bei den grünen Pflanzen findet der Prozess in bestimmten Bestandteilen der Zellen statt, den sogenannten Chloroplasten. Darin steckt der Farbstoff Chlorophyll, der den Pflanzen auch ihre grüne Farbe gibt.

Dieses Chlorophyll kann Sonnenlicht aufnehmen. Mithilfe des Sonnenlichts sowie Wasser und Kohlenstoffdioxid (CO₂) stellt die Pflanze in den Chloroplasten andere Stoffe her: Sauerstoff und Glukose, also eine bestimmte Art Zucker.

Den Zucker braucht die Pflanze, um zu wachsen und sich zu ernähren. Der Sauerstoff ist für die Pflanze eher ein Abfallprodukt, doch wir Menschen brauchen ihn zum Atmen. Ohne diesen Vorgang gäbe es kein Leben, wie wir es kennen.

Die Fotosynthese wurde 1771 vom englischen Naturforscher Joseph Priestley entdeckt. Sie gilt als einer der wichtigsten biochemischen Prozesse der Erde.

Wie läuft die Fotosynthese ab?

Die Fotosynthese ist ein zweistufiger Vorgang. Biologen unterscheiden die Lichtreaktion (auch Primärreaktion oder Fotosynthese 1 genannt) und die Dunkelreaktion (auch Sekundärreaktion, Fotosynthese 2 oder Calvin-Zyklus genannt).

Im ersten Schritt wandelt die Pflanze also Lichtenergie in chemische, nutzbare Energie um. Im zweiten Schritt nutzt sie diese Energie, um Zucker herzustellen.

Warum ist Fotosynthese so wichtig?

Fotosynthese ist aus mehreren Gründen ein grundlegender und wichtiger Prozess auf unserem Planeten.

Zum einen ist Fotosynthese die Grundlage der meisten Nahrungsketten. Eine Nahrungskette ist eine Abfolge, die bestimmt, welche Lebewesen von welchen Lebewesen gefressen werden. Zum Beispiel: Eine Raupe frisst ein Blatt; ein Vogel frisst die Raupe; ein Marder frisst den Vogel und so weiter.

Pflanzen sind so genannte Primärproduzenten. Das bedeutet, dass sie am Anfang der Nahrungskette stehen und alle anderen Lebewesen mit Energie versorgen. Tiere und Menschen können selbst keine Energie aus Sonnenlicht gewinnen. Stattdessen sind wir auf Pflanzen angewiesen, die diese Energie für uns zugänglich machen.

Zum anderen sorgt die Fotosynthese dafür, dass sich in der Erdatmosphäre – also der gasförmigen Hülle rund um die Erde – Sauerstoff ansammelt. Die Erdatmosphäre, wie wir sie heute kennen, ist das Ergebnis von Milliarden Jahren Fotosynthese. Ohne diesen Prozess gäbe es keinen freien Sauerstoff, was das Leben auf der Erde für uns Menschen unmöglich machen würde.

Darüber hinaus spielt die Fotosynthese eine Schlüsselrolle im weltweiten Kohlenstoffkreislauf. Aus der Luft nehmen die Pflanzen Kohlenstoffdioxid (CO₂) auf, das als Treibhausgas erheblich zum Klimawandel beiträgt. Sie senken so den Anteil des schädlichen CO₂ in der Atmosphäre. Wälder und andere grüne Flächen werden daher auch als "grüne Lungen" bezeichnet. Diese Funktion ist jedoch zunehmend gefährdet, da Wälder abgeholzt werden.

Ein Blick in die Zukunft: Künstliche Fotosynthese

Um den Klimawandel zu bekämpfen, versuchen Forschende, die Fotosynthese künstlich nachzuahmen. Dieser Forschungszweig heißt "Künstliche Fotosynthese".

Dabei wollen die Wissenschaftler nicht wie Pflanzen Zucker produzieren, sondern das Sonnenlicht nutzen, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Den so gewonnenen Wasserstoff könnten wir als sauberen Brennstoff einsetzen. Das würde dazu führen, dass wir weniger Kohlenstoffdioxid produzieren, weil wir weniger fossile Brennstoffe wie Öl oder Kohle nutzen müssten.

Es gibt bereits erste Testversionen der künstlichen Fotosynthese. Im großen Stil kann die Technologie jedoch noch nicht eingesetzt werden. Um das zu ermöglichen, arbeiten Wissenschaftler noch daran, effiziente und kostengünstige Materialien zu entwickeln.

(Erstveröffentlichung 2024. Letzte Aktualisierung 11.09.2024)