Fotosynthese der Cyanobakterien

Die Geschichte

Ein Trick, der die Welt veränderte

Jedes grüne Blatt, das du siehst, ist eine kleine Fabrik. Es nimmt Licht von der Sonne, Kohlendioxid aus der Luft und Wasser aus dem Boden und verwandelt sie in Zucker, von dem sich die Pflanze ernährt, und setzt dabei Sauerstoff frei. Dieser Vorgang heißt Fotosynthese, nach dem Chlorophyll, dem grünen Stoff, der das Licht einfängt. Die Pflanzen haben sie aber nicht erfunden: Sie haben sie von viel kleineren und viel älteren Lebewesen geerbt, den Cyanobakterien.

Cyanobakterien sind Bakterien, die im Wasser leben, und lange Zeit wurden sie „Blaualgen“ oder „blaugrüne Algen“ genannt, weil sie eine Farbe zwischen Grün und Blau haben und als Überzüge auf den Steinen eines Flusses oder auf der Oberfläche eines Teiches zu sehen sind. Sie sind mikroskopisch klein, leben aber in riesigen Kolonien. Man nimmt an, dass sie die ersten Lebewesen waren, die zur sogenannten sauerstoffbildenden Fotosynthese fähig waren, also zu der, die Wassermoleküle spaltet und Sauerstoff freisetzt.

Die Entdeckung einer anderen Lebensweise

Vor ihnen gab es schon Bakterien, die Licht nutzen konnten, aber ohne Sauerstoff zu erzeugen: Sie benutzten andere Stoffe wie Schwefelwasserstoff statt Wasser. Wasser gibt es aber überall, und es zu spalten verlangt viel Energie und eine sehr ausgeklügelte chemische Ausstattung. Die Forschenden halten den Übergang zu diesem Mechanismus für eines der wichtigsten Ereignisse der Evolution. Als es den Cyanobakterien gelungen war, hatten sie eine fast unbegrenzte Quelle zur Verfügung: Licht, Wasser und Kohlendioxid gibt es überall.

Wir wissen nicht genau, wann das geschah. Die wahrscheinlichsten Spuren stammen von vor etwa 2,7 Milliarden Jahren und kommen aus Gesteinen der Tumbiana-Formation in Westaustralien: mikrobielle Matten und Stromatolithen, die chemische Zeichen einer Fotosynthese hinterlassen haben, auch wenn manche Forschende darüber streiten, ob sie Sauerstoff erzeugte. Es gibt Hinweise, dass sie früher entstand, vielleicht sogar schon vor 3,2 Milliarden Jahren, aber sie sind umstritten. Deshalb ist das Datum auf dem Zeitstrahl ungefähr.

Matten in den flachen Meeren

Die Cyanobakterien wuchsen im flachen Wasser nahe den Küsten, wo das Licht hinkam. Sie bildeten bunte Matten aus Kolonien, eine über der anderen. Tagsüber, mit dem Licht, erzeugten die Bakterien Sauerstoff und bewegten sich nach oben; nachts oder wenn sie von Sand bedeckt wurden, stiegen sie wieder auf. So häuften sich nach und nach ihre Matten und die Sedimentkörnchen in Schichten an und wurden zu Stromatolithen. Diese geschichteten Gesteine sind die ältesten mit bloßem Auge sichtbaren Spuren von Leben, und an wenigen Orten der Welt, wie der Shark Bay in Australien, findet man noch lebende.

Die Cyanobakterien sind nicht verschwunden: Sie sind überall. Sie leben in den Ozeanen, in Seen, im Boden, in Wüsten und sogar in den Gesteinen der Antarktis. Eines von ihnen, Prochlorococcus, erst 1986 von der amerikanischen Biologin Sallie Chisholm und ihren Kollegen entdeckt, ist so klein, dass die Zellen weniger als einen tausendstel Millimeter breit sind; nach den Schätzungen ist es der zahlreichste fotosynthetische Organismus der Erde und erzeugt einen beträchtlichen Teil des Sauerstoffs der Ozeane.

In den heutigen Pflanzen

Es gibt ein letztes Kapitel. Vor mehr als einer Milliarde Jahren nahm eine komplexe Zelle ein Cyanobakterium in sich auf, ohne es zu verdauen; die beiden begannen zusammenzuleben, und dieses Cyanobakterium wurde mit der Zeit zu einem Teil der Zelle, dem Chloroplasten. Alle Grünalgen und alle Pflanzen haben Chloroplasten, und in ihnen steckt noch eine kleine DNA, ähnlich der der Cyanobakterien. Wenn du einen Wald anschaust, schaust du also auf Nachkommen dieses alten Bündnisses.

Heute rechnet man, dass etwa die Hälfte des Sauerstoffs, den wir atmen, vom Plankton der Meere kommt: von mikroskopisch kleinen Algen und Cyanobakterien. Sie sind viel wichtiger, als man sieht.