Philipp Frotzbacher - Über die Wahrheit, die Liebe

Photosynthese mit Wasser und Sauerstoff

Aus CO 2und Wasser wird Glukose + Sauerstoff + Wasser

Manche Zellkolonien haben gelernt, sich bestimmte Aufgaben zu teilen und eine gemeinsame Schutzhülle zu bilden. Dieser Hang zur Zusammenarbeit ist auch heute zu beobachten, wenn Einzeller von selber eine Schutzhülle um mehrere Zellen bilden und dann damit beginnen, sich aus scheinbaren Gründen der Effizienz und Ökonomie Funktionen aufzuteilen, um ein größeres Ganzes zu werden. Aus dem Verbund von Zellen entstehen die ersten Mehrzeller. Im Meer schwimmen neue Arten und Pflanzen, die Photosynthese betreiben. Meeresalgen und Kleinsttiere wie Phytoplankton reichern die Atmosphäre mit weiterem Sauerstoff an. Das bewirkt, dass der Regen weniger sauer wird. Das sich bildende Grundwasser wird zunehmend Ph-neutral, es wird zu einem brauchbaren Nährstoff für Pflanzen an Land.

Die Erdoberfläche wird zu einem neuen Lebensraum. Ebbe und Flut waren früher viel stärker, das Meer wurde an manchen Stellen gleich um viele Meter angehoben, abhängig von der Sonne kam es durch die Springfluten zu Bildung von Salzseen. Der Gradient zwischen dem konzentrierten Meerwasser und seiner deutlich höheren Leitfähigkeit und dem Süßwasser bietet neue Möglichkeiten, Energien zu gewinnen. Durch den geschützten Rahmen an Land hat das Leben die Ruhe, diese herauszuarbeiten. Flechten, Farne und Moose besiedeln die ersten trockenen Gebiete. Auch sie geben wieder Sauerstoff an die Umwelt ab. Der viele Sauerstoff in der Luft ermöglicht einen chemisch energetisch höheren Prozess: Organismen können Sauerstoff einatmen und Kohlendioxid ausatmen. An Land bewähren sich Wirbeltiere, deren Knochenaufbau Kalziumcarbonate bindet, die wiederum das Meer chemisch verändern. Die ersten Tiere bewegen sich an Land und bevölkern die Welt.

Die Bakterie Thermus aquaticus ernährt sich von Zucker und anderen organischen Verbindungen und lebt in Gebieten mit Temperaturen bis zu 80 Grad. Die Proteine bleiben bei diesen Temperaturen erstaunlicherweise noch stabil. Die Polymerase der Bakterie Thermus aquaticus ist ein Makromolekül, das aus 835 Aminosäuren besteht.

Die Polymerase der Bakterie Thermus aquaticus

Das am einfachsten aufgebaute heute lebende Lebewesen auf unserem Planeten ist die Bakterie Carsonella. Sie hat nur 182 Gene, die in 160.000 Basenpaaren in der Erbinformation stehen. Manche Proteine bestehen aus 100.000 Atomen. Die Carsonella lebt in besonderen Zellen von Blattflöhen. Sie stellt als Gegenleistung Aminosäuren her, die der Blattfloh in seiner Zellchemie bestens brauchen kann. Dieses kleinste Lebewesen versteht es bei weitem besser in Symbiose zu leben, als wir Menschen heute gute Zusammenarbeit organisieren. Carsonella und Blattfloh seien folgende Zeilen gewidmet.

Blattfloh .

Die Bakterie E. Coli ist die heute am besten bekannte Bakterie. Sie vervielfältigt sich alle 20 Minuten, in einem Jahr sind das 525.600 Generationen. Nach drei Jahren sind es 145 Billiarden Generationen. Der Bewegungsapparat ist besonders bemerkenswert:

Bakterie E. Coli mit Motor für die Bewegung

Mit unvergleichlicher Perfektion passen die einzelnen funktionalen Teile zueinander. Der Motor dreht sich bis zu 200 Mal in der Sekunde. In einer Viertelumdrehung kann der Motor stoppen und sich dann mit ebenso vielen Umdrehungen in die andere Richtung drehen. Der Antrieb ermöglicht 15 Körperlängen pro Sekunde. Der Motor selbst ist nur 20 Nanometer (20 Millionstel mm) groß und wird von Protonen angetrieben. Er besteht aus 20 spezifischen Proteinen, die exakt zueinander passen. Das Filament besteht aus etwa 20.000 Kopien des Proteins Flagellin, das auch zur Proteinsekretion dient. Der Proteintransport für dieses Sekretionssystem wird ebenso durch Protonen angetrieben. Das sich drehende Filament ist über ein Verbindungselement an eine Rotationsachse gekoppelt, die von Lagern in der Cytoplasmamembran und der Zellwand der Bakterienzelle in Position gehalten wird. Die Achse wird über Antriebsproteine in Rotation versetzt. Das gelingt mit Hilfe einer Kupplung, genauso wie bei Motoren, die heute von Menschen gebaut werden. Die Energie dafür kommt vom Protonengradient, der gegenüber dem Cytoplasma eine positiv geladene Umgebung erzeugt. Das Spannungsgefälle beträgt rund 0,2 Volt. Wie bei einer Batterie treibt Strom einen "Nano-Elektromotor" an. Die Stabilität und die Effizienz dieses Motors sind phänomenal optimiert. Wir Menschen können so etwas heute unmöglich nachbauen.

Obwohl offenbar nur Kräfte der Natur am Wirken sind, ist eine einzelne Zelle bereits ein lebendiges Ganzes, das wächst, lernt, Entscheidungen trifft, in perfekter Art und Weise in Abstimmung mit seiner Umwelt lebt und das Gelernte an die Nachkommen weitergibt. Die Bakterie kann sich von Giften wegbewegen und zu gesunden Nährstoffen hinbewegen. Sie kann Licht wahrnehmen. Sie kann sogar die Atmung von Stickstoff auf Sauerstoff umstellen, wenn Sauerstoff vorhanden ist, um noch effizienter Energie zu gewinnen. Innerhalb der Zellen werden die Herstellung aller benötigten organischen Moleküle, der Erhalt der Transportwege, die Herstellung der Enzyme und der komplexen Makromoleküle, die Verwertung der Nährstoffe und der benötigten Energie-Einheiten, sowie die Reproduktion des Gesamtsystems reguliert.

Bei der Reproduktion einer Zelle wurde eines Tages eine benachbarte Bakterie eingeschlossen und beide haben gelernt, daraus eine effiziente Zusammenarbeit zu entwickeln. Die Bakterie ist dabei nur für die Energiegewinnung zuständig. Mit dieser Symbiose hat eine Erfolgsgeschichte begonnen, die bis zum heutigen Tag anhält. Daraus sind die Mitochondrien entstanden, die Energiefabriken, die unsere Zellen heute mit Energiepaketen versorgen, dem ATP (Adenin-Tri-Phosphat). Beim Herstellen dieser Energiepakete in den Mitochondrien werden aber nicht nur ATP, sondern auch freie Radikale in das Zytoplasma abgegeben. Freie Radikale sind Elemente, deren Moleküle in der äußersten Bahn nur ein Elektron haben. Sie sind daher sehr reaktionsfreudig. Kommen sie dem Zellkern zu Nahe, können sie sofort irgendwo die Ordnung der Basen in der RNA aus dem Gleichgewicht bringen. Trotzdem hat es diese Symbiose geschafft, eine korrekte Weitergabe des Gesamtsystems zu bewerkstelligen. Zum einen über Korrekturmechanismen, die heute noch genauso ablaufen. Zum anderen wurde die sichere Speicherung der Erbsubstanz mit der Bildung einer extra Membran gewährleistet, dem Zellkern. Die Zelle hat eine Außenhülle, die Mitochondrien haben eine Doppelhülle, der Zellkern hat eine Hülle. Geschützt will das Leben sein. Was schützt da? Was will da erhalten bleiben?

Es verbindet sich auf wünschenswerte Weise. Wer lernt da? Wer organisiert da? Wer baut da? Wer bewegt da? Wer reguliert da? Wir können heute nicht so gut mit einzelnen Atomen und Molekülen umgehen, weil unsere chemischen Labors nicht klein genug sind und unser Wissen um die chemischen Zusammenhänge viel zu gering ist. Unser Verständnis für die komplexe Gesamtchemie und die Interaktion der einzelnen Einheiten in perfekter Abstimmung mit der Natur und den Umweltbedingungen reicht dafür bei weitem nicht aus. Das Leben auf der atomaren Ebene stellt den heutigen Menschen hinsichtlich Fachwissen und Weitsicht in den Schatten. Es übersteigt unseren bescheidenen Horizont. Um es mit klaren Worten zu beschreiben: Wir haben heute nicht die geringste Ahnung, wie sich derlei Dinge von selbst zusammen organisieren konnten. Seit Anbeginn ist der Verbesserungsprozess am wirken: Aus der RNA ist eine stabilere Form entstanden, die DNA. Diese Form ist besser geeignet, um mit Fehlern bei der Replikation umzugehen.