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BOTANIK

Photosynthese (Entdeckungsgeschichte)

Beim Experiment VAN HELMONTS (ein Weidenzweig mit 2,5 kg war in einem Topf mit 100 kg Erde gepflanzt worden. In 5 Jahren hatte der Baum 84,5 kg, das Trockengewicht der Erde hatte sich aber nur um 60 g verringert) wog die Weidenpflanze nach fünf Jahren das Vielfache des Anfangsgewichts. Man weiß, dass eine solche Pflanze zu 80 % aus Wasser besteht, dies sind rund 67,5 kg. Das Trockengewicht dieser Pflanze beträgt demnach 84,5 kg - 67,5 kg = 17 kg.

Die Gewichtszunahme der Weidenpflanze in fünf Jahren war 84,5 kg - 2,5 kg = 82 kg.

Die Mineralsalzaufnahme von 60 g reicht nicht aus zu erklären, wo die 17 kg organischer Substanzzunahme herstammen. Neben der Aufnahme von Stoffen aus dem Boden muss es eine weitere Form der Stoffaufnahme geben. Dies führt zu der Frage, welche Bestandteile der Luft eine Rolle für das Leben der Pflanzen spielen.

Die ersten Versuche zur Klärung dieser Problematik führte JOSEPH PRIESTLEY gegen Ende des 18. Jahrhunderts durch.

PRIESTLEY brachte eine Kerze in einen abgeschlossenen Behälter. Die Kerze erlosch nach kurzer Zeit. Als er eine Maus in den gleichen Behälter brachte, starb sie. Daraufhin setzte er Maus und Kerze zusammen in den Behälter. Die Kerze erlosch schneller als sonst. Offenbar benötigten Maus und Kerze den gleichen Bestandteil der Luft. Wenn nun aber auf der Erde ständig Verbrennungsprozesse stattfinden und gleichzeitig viele Lebewesen atmen, müsste dann nicht dieser Luftbestandteil eines Tages verbraucht sein? Im Rahmen weiterer Versuche machte PRIESTLEY im Verlauf des Monats August 1771 eine wichtige Entdeckung. Am 17. August hatte er einen Minzezweig in die Luftmenge eingebracht in der zuvor eine Kerze erloschen war. Am 27. August konnte er in der ursprünglich verbrauchten Luft wieder eine Kerze zum Brennen bringen. Die Pflanze hatte der Luft offensichtlich den Bestandteil wiedergegeben, der ihr zunächst durch die Kerze entnommen worden war.

Bild: Der Versuch von Joseph Priestly

Der holländische Arzt IAN INGENHOUSZ (1730-1799) entdeckte die Bedeutung des Lichtes und der grünen Pflanzenteile für die Wiederherstellung "guter" Luft. Seine Forschungen zeigten, dass der entscheidende Anteil der "schlechten" Luft das Kohlenstoffdioxid war und derjenige der "guten" Luft der Sauerstoff. Im Jahre 1804 bewies der Schweizer DE SAUSSURE durch sorgfältigen Vergleich des Gewichts der von der Pflanze produzierten organischen Substanz und des von ihr abgegebenen Sauerstoffs mit der Menge des aufgenommenen Kohlenstoffdioxids, dass zwischen den Ausgangsstoffen und Reaktionsprodukten eine Differenz besteht. Dies konnte nur dann erklärt werden, wenn neben dem Kohlenstoffdioxid auch das Wasser zur Ernährung der Pflanze beiträgt. Damit war die qualitative Beschreibung der Photosynthese in ihren Grundzügen gelungen:

Kohlenstoffdioxid + Wasser (+ Licht) --> organische Substanz + Sauerstoff

In der Folgezeit fand man heraus, dass die Menge des aufgenommenen CO₂ genau der Menge des abgegebenen O₂ entspricht. Dieses Verhältnis wird als Photosynthesequotient bezeichnet. Das organische Photosyntheseprodukt in den belichteten Sprossen erwies sich als Stärke. Da Stärke aus Glucosebausteinen aufgebaut ist, durfte man mit Recht vermuten, dass zunächst Glucose als organisches Reaktionsprodukt auftrat.

Die Ausgangsstoffe der Photosynthese (CO₂, H₂0) sind energiearme Verbindungen, Glucose ist dagegen energiereicher. Diese Verbindung kann in Form von Stärke gespeichert und bei Bedarf für bestimmte Lebensprozesse genutzt werden. Hierdurch unterscheidet sich die Photosynthese wesentlich von anderen Photochemischen Prozessen (z. B. Ausbleichen von Farben oder Photographische Prozesse), bei denen die Reaktionsprodukte sofort zerfallen und ihre Energie in Form von Wärme freisetzen.

Bilder u.a. aus:
Kroll, Demmer, Thies: "Stoffwechsel", (Serie Biologie, Westermann Wien).

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