Das Leben auf der Erde wäre ohne unsere Sonne nicht möglich. Sie dient Bakterien, die sich bereits vor mehr als drei Milliarden Jahren entwickelt hatten – lange bevor es Pflanzen gab –, Algen und Pflanzen dazu, Energie zu gewinnen, umzuwandeln und für ihren »Stoffwechsel« zu nutzen. Im Laufe der Evolution haben sie dafür die Photosynthese entwickelt. Ohne diese wäre unsere Atmosphäre für uns nicht atembar, gäbe es wahrscheinlich auch keine Nahrungsquellen für Menschen wie Tiere.

Bei der sogenannten oxygenen Photosynthese benötigen Cyanobakterien (sogenannte Blaugrünbakterien, andere Bakterien haben diese Fähigkeit nicht), Algen und Pflanzen lediglich lichtabsorbierende Farbstoffe (meist Chlorophyll), Wasser und Kohlendioxid. In einem biochemischen Prozeß wird das Wasser aufgespalten, wird Sauerstoff freigesetzt, komplexe Kohlenhydrate werden aus energieärmeren anorganischen Stoffen aufgebaut. Sie werden von Algen wie Pflanzen sowohl als Energieträger als auch als »Baustoff« genutzt. So kann zum Beispiel aus einem Sämling über die Jahre ein prächtiger hoher Baum werden.

Verbrennt das Holz oder verrottet die Grünmasse, wird das CO2 allerdings wieder freigesetzt – ein zyklischer (offener) Prozeß. Im Laufe vieler Millionen Jahre hat sich die durch Photosynthese produzierte Biomasse der Pflanzen zudem als Kohle(schichten), Erdöl und Erdgas abgelagert. Bei deren Nutzung zur Energiegewinnung wird gleichfalls CO2 frei.

Aber nicht nur die Vorräte an diesen »fossilen« Energieträgern gehen zu Ende, ihre Nutzung hat zudem seit Beginn der Industrialisierung und besonders seit dem 20. Jahrhundert wesentlich zum Klimawandel beigetragen.

Noch eine Ergänzung: Es gibt zudem die anoxygene, also bakterielle Photosynthese unter anaeroben Bedingungen, das heißt ohne Sauerstoff, in der auch kein molekularer Sauerstoff (O2) entsteht.

Aber was, wenn man den Prozeß der Photosynthese oder Teile davon künftig technologisch und zudem als geschlossenen Kreislauf nutzen könnte?

Die Geschichte einer Entdeckung

Rund 250 Jahre muß man zurückgehen, um auf erste Forschungsansätze zu stoßen, die später zur Entdeckung der Photosynthese führten. So wurde Joseph Priestley, ein US-amerikanischer Theologe, Philosoph, Chemiker und Physiker zwar erst berühmt, nachdem er 1774 ein besonderes Gas, Sauerstoff, in einer Zeitschrift beschrieben hatte. Doch zuvor hatte er Versuche durchgeführt, die die Geschichte der Erforschung der Photosynthese begründeten.

Bei Versuchen zur Reinigung (durch Verbrennungsvorgänge) »verdorbener« Luft durch Pflanzen beobachtete und beschrieb er zum ersten Mal 1772 die Wirkung der Photosynthese. Er setzte eine Maus, die nach einiger Zeit starb, unter eine luftdicht abgeschlossene Glasglocke. Priestley schlußfolgerte, die Luft sei durch die Maus verdorben. Die nächste Maus starb noch schneller, als er zunächst eine Kerze unter dieser Glasglocke brennen ließ und dann die Maus unter die Glocke setzte. Zudem erlosch die Kerze schneller. Priestley folgerte, die Kerze habe durch ihre Verbrennung die Luft verdorben. Offenbar benötigten Maus und Kerze den gleichen Bestandteil der Luft.

Dann setzte er eine Topfpflanze gemeinsam mit der Maus unter die Glocke. Die Maus überlebte. Auch die brennende Kerze erlosch nicht sofort, wenn sie zusammen mit der Topfpflanze unter der Glasglocke stand. Priestley folgerte daraus, daß Pflanzen in der Lage seien, »verdorbene« Luft zu reinigen.

Die Pflanze hatte der Luft offensichtlich wieder den Bestandteil zurückgegeben, der ihr zunächst durch Kerze und Maus entnommen worden war. Er stellte auch fest, daß die Pflanzen dabei ein Gas (»gute Luft«) abgeben.

Damit hatte der Forscher zum ersten Mal die Wirkung der oxygenen Photosynthese beschrieben.

Antoine Laurent de Lavoisier, Biologe und Chemiker, erkannte einige Jahre später, daß der entscheidende Anteil der »verbrauchten« Luft das CO2 ist, in der »guten« Luft das O2. Jan Ingenhousz, ein niederländischer Arzt und Botaniker, beobachtete, daß Pflanzen in Dunkelheit CO2 abgeben, dieses abhängig von der Intensität unter Lichteinwirkung aufnehmen und Sauerstoff abgeben. Weiter wies er nach, daß der Kohlenstoff, den Pflanzen zum Wachstum benötigen, nicht – wie bis dahin angenommen – dem Boden entzogen wird, sondern aus der umgebenden Luft stammt. Er hatte damit entdeckt, daß Licht für das Wachstum und Luftreinigung (von »tierischem Atem«) von Pflanzen notwendig ist.

Damit begann die Erforschung der Photosynthese.

(Fortsetzung folgt)