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BioFilia

Forggensee

Jeder weiß, dass wir ohne Sauerstoff nicht leben können. Gar nicht. Wir überleben Wochen ohne Nahrung und Tage ohne Wasser. Ohne Sauerstoff nur Minuten. Aber warum ist das so?

Klären wir erst einmal, was Sauerstoff eigentlich ist.

Sauerstoff ist ein chemisches Element, und zwar das zweithäufigste Element der Erde (nach Eisen). Auf der Erde kommt Sauerstoff aber so gut wie nie in Form einzelner Atome vor.

Normalerweise verbinden sich immer zwei Sauerstoff-Atome miteinander zu einem Sauerstoff-Molekül. Deswegen ist Sauerstoff auch als O2 bekannt.

Reh
Fast alle mehrzelligen Lebewesen benötigen zwingend Sauerstoff, um zu überleben. Bei Einzellern dagegen gibt es verschiedene Varianten: einige brauchen Sauerstoff, andere kommen mit oder ohne zurecht und für andere ist Sauerstoff tödlich.

Die Luft zum Leben

Sauerstoff ist ein farb- und geruchloses Gas, niemand hat ihn also je gesehen. Die Luft der Erdatmosphäre besteht zu 20,9% aus Sauerstoff. An diesen Sauerstoff-Anteil haben sich die meisten Lebewesen angepasst. Höhere Sauerstoff-Konzentrationen sind für viele Lebewesen sogar giftig.

Auch viele Moleküle, die in Lebewesen eine wichtige Rolle spielen, enthalten Sauerstoffatome, die dann oft auch einen Einfluss auf die Funktionen des Moleküls haben.

Fast alle heute lebenden Lebewesen – vor allem die mehrzelligen – benötigen Sauerstoff. Doch das war nicht immer so. Als die Erde noch jung war und das Leben entstand, enthielt die Atmosphäre keinen Sauerstoff.

Erst als die Evolution die Photosynthese hervorbrachte, mit der Organismen Energie aus Licht für sich nutzbar machen, wurde Sauerstoff in der Atmosphäre angereichert. Denn Sauerstoff ist eines der Endprodukte der Photosynthese. Er wird bei diesem Prozess aus Wasser (H20) freigesetzt.

Wolken
Die Luft, die die Erdatmosphäre bildet, besteht zu 20,9 % aus Sauerstoff in Form von O2. Lebewesen sind genau an diesen Sauerstoff-Anteil angepasst. Ist es deutlich mehr oder weniger, dann wird es gefährlich. Im Wasser löst sich viel weniger Sauerstoff. Wasserlebewesen kommen daher mit einem viel geringeren Sauerstoff-Anteil in ihrer Umgebung zurecht.

Die Sauerstoff-Revolution

Dieser Wandel der Erdatmosphäre wird manchmal auch als Sauerstoff-Revolution bezeichnet, denn er hatte entscheidenden Einfluss auf den Verlauf der Evolution.

Als der Sauerstoff-Anteil in der Atmosphäre stieg, überlebten viele Organismen (damals gab es nur Einzeller) das nicht, denn Sauerstoff war für sie giftig.

Diejenigen, die es überlebten, hatten entweder überhaupt keinen Kontakt zur Luft, oder sie passten sich schnell genug an. Die Organismen lernten, Sauerstoff für sich zu nutzen.

Sauerstoff hat nämlich Eigenschaften, die ihn sehr nützlich machen. Er reagiert sehr gerne mit anderen Atomen und ist besonders gut darin, Elektronen aufzunehmen. Was es damit genau auf sich hat, habe ich hier erklärt.

Seine Reaktionsfreudigkeit macht ihn aber auch giftig: er reagiert im Organismus auch gerne mit Atomen, mit denen er nicht reagieren soll.

Lebewesen, die Sauerstoff nutzen, haben Schutzmechanismen dagegen entwickelt. Aber wird der Sauerstoffanteil in der Atemluft zu hoch, reicht auch das nicht mehr aus.

Bäume und Sauerstoff
Pflanzen können Sonnenlicht in für sie nutzbare Energie umwandeln. Dieser Prozess wird Photosynthese genannt. Ein „Abfallprodukt“ der Photosynthese ist O2. Pflanzen brauchen zwar selbst auch Sauerstoff, aber viel weniger, als sie produzieren. So machte die Entwicklung der Photosynthese während der Evolution das Leben wie wir es heute kennen erst möglich. Alte Buchen wie auf dem Foto können 1,5 – 2 kg Sauerstoff in einer Stunde produzieren – davon können 50 Menschen eine Stunde lang atmen.

Mehr Energie! 

Und so fingen die Organismen an, Sauerstoff für ihren Prozess der Energie-Gewinnung zu nutzen.

Die meisten Lebewesen spalten Traubenzucker-Moleküle (Glukose) in ihren Zellen, die aus der Nahrung gewonnen werden. Bei diesen Reaktionen wird Energie frei, die für andere Vorgänge genutzt werden kann.

Dabei durchläuft das Glukose-Molekül eine ganze Reihe von Reaktionen und bei jedem Schritt wird Energie frei.

Bis zu einem bestimmten Punkt geht das ohne Sauerstoff. Doch irgendwann braucht man ein Atom, das so gerne mit anderen reagiert wie Sauerstoff, damit die Spaltung weiter läuft.

Deshalb kann in der Zelle mit Hilfe von Sauerstoff viel mehr Energie gewonnen werden als ohne ihn. Der Stoffwechsel ist dadurch viel effizienter.

Diese Erfindung der Evolution ermöglichte erst die Entstehung vielzelliger Organismen mit ihrem hohen Energiebedarf – und damit die Entstehung des Lebens, wie wir es heute kennen.

Der Vorgang der Energiegewinnung findet ständig abermilliardenfach in unseren Zellen statt.  So kommt es, dass die meisten Lebewesen von einer ständigen Zufuhr von Sauerstoff (und Wasser und Nahrung) abhängig sind. 

Und da Sauerstoff nicht im Körper gespeichert werden kann, wird eben ständig Nachschub benötigt. Deshalb hören wir nie auf zu atmen, solange wir leben.

Essen und trinken müssen wir bewusst. Die Atmung aber funktioniert automatisch, ohne dass wir jemals darüber nachdenken müssen. Damit uns niemals die Energie ausgeht.

Forggensee
In der Luft kommt Sauerstoff als O2 vor, jeweils zwei Sauerstoff-Atome verbinden sich also zu einem Molekül. Aber auch in vielen anderen Substanzen finden sich Sauerstoff-Atome. Jedes einzelne Wasser-Molekül enthält eines davon – wie die Bezeichnung H2O schon sagt.

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