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Von der Atmosphäre in die Biosphäre: Wie Kohlenstoff aus der Luft in eine Pflanze gelangt
Innerhalb des Systems Erde ist der Kohlenstoff keineswegs an ein einzelnes Teilsystem oder etwa eine einzige Form gebunden. Vielmehr gibt es zahlreiche Wege, auf denen Kohlenstoff von einem Teilsystem in ein anderes gelangt. In der Atmosphäre ist Kohlenstoff hauptsächlich in Form von Kohlendioxid (CO2) vorhanden. In die Biosphäre gelangt dieser Kohlenstoff über den Prozess der Photosynthese; dabei werden unter Verwendung von Sonnenlicht aus CO2 und Wasser Zuckerverbindungen hergestellt. Doch nicht alle Lebewesen können Photosynthese betreiben – dies ist den Pflanzen, Algen und gewissen Bakterien vorbehalten. Bei der Photosynthesereaktion werden aus sechs Molekülen Wasser und sechs Molekülen CO2 ein Zuckermolekül und sechs Sauerstoffmoleküle hergestellt.
6 H2O + 6 CO2 → 6 O2 + C6H12O6
Dabei wird ersichtlich, dass Stoffe aus der Umwelt – in diesem Fall CO2 und Wasser – zu Stoffen umgewandelt werden, welche im Lebewesen verbleiben – in diesem Fall Zucker. Eine solche Akkumulation von Stoffen aus der Umwelt in einen Organismus wird in der Fachsprache als Assimilation bezeichnet. Lebewesen, welche die Fähigkeit zur Bildung von energiereichen Verbindungen aus CO2 haben, nennt man autotroph. Im Gegensatz dazu erhalten heterotrophe Organismen wie Tiere und Menschen den Kohlenstoff zur Energiegewinnung und zum Aufbau von körpereigenen Stoffen aus ihrer Nahrung.
Die Zellatmung: Wie Mensch und Tier aus Kohlenstoff Energie gewinnen
Um aus Kohlenstoffverbindungen Energie gewinnen zu können, nutzen alle eukaryotischen Organismen den Prozess der Zellatmung. Dabei wird Sauerstoff und beispielsweise Glukose verwendet, um CO2, Wasser und das energiereiche Molekül ATP herzustellen. Vereinfacht gesagt findet dabei die Umkehrung der Photosynthese statt: Sechs Moleküle Sauerstoff und ein Molekül Glukose werden zu sechs Molekülen Wasser und CO2 umgebaut (Genaueres dazu findest du in der Highlight-Box weiter unten).
6 O2 + C6H12O6 → 6 H2O + 6 CO2
Dieser Prozess bewirkt das Übertreten von Kohlenstoff aus der Biosphäre in die Atmosphäre und wird – analog zu Assimilation – als Dissimilation bezeichnet.