Von BETTINA WURCHE
Die Atmosphäre unseres Blauen Planeten besteht zu etwa 78 Prozent aus Stickstoff und zu etwa 21 Prozent aus Sauerstoff. Diesen Sauerstoff nutzen die Lebewesen der Erde zur Gewinnung von Energie.
Die ein- und mehrzellige Lebewelt hat zwar sehr viele verschiedene Arten von chemischen und Stoffwechselprozessen zur Energiegewinnung entwickelt – aber nahezu alle Eukaryoten (Lebensformen mit Zellkern) und eine Vielzahl von Prokaryoten (Lebensformen ohne Zellkern) haben sich letztlich auf Sauerstoff festgelegt. Der Grund dafür: Molekularer Sauerstoff – O2 – hat eine starke Tendenz, mit anderen Stoffen chemisch zu reagieren.
Die meisten Sauerstoffreaktionen (Oxidation) setzen Energie frei. Solche Reaktionen werden als Verbrennung bezeichnet, dabei entsteht Wärme. In größeren Dimensionen können starke oder plötzliche Sauerstoffreaktionen sogar Explosionen oder Brände verursachen (schnelle Oxidation).
Sauerstoff schlägt andere Verbindungen
Die ersten Lebensformen der Erde wie frühe Archaeen – winzige, einzellige Mikroorganismen ohne Zellkern – und Bakterien nutzen nach ihrer Entstehung vor rund 3,7 bis 2,4 Milliarden Jahren noch andere Energiequellen wie etwa geochemische Energie.
Diese wird etwa am Grund der Meere in tektonisch aktiven Zonen frei, wenn aus Hydrothermalquellen wie Schwarzen Rauchern („Black Smoker“) Schwefel- und andere Verbindungen ins Wasser strömen. Dort lebende Bakterien verwerten bis heute diesen Schwefel, der ähnliche Eigenschaften wie Sauerstoff hat. Seit diese Mikroorganismen der Tiefsee bekannt sind, vermuten viele Forschende, dass dort, am Grund der Ozeane, das Leben entstanden sein könnte.
Allerdings liefern die chemischen Verbindungen Zellen zwar Energie für Stoffwechselabläufe – aber nicht sehr viel. Den genügsamen Mikroorganismen reicht es zum Leben – als Nicht-Sauerstoffatmer heißen sie anaerob („ohne Luft“). Deutlich mehr Energie gewinnen jedoch die O2-atmenden Lebensformen, sie werden aerob („mit Luft“) genannt. Doch diesen wertvollen Sauerstoff, den die Lebewesen nutzen konnten, gab es auf der Erde nicht immer.
Photosynthese und Sauerstoffkrise
Eine der umfassendsten Veränderungen des irdischen Lebens war die Evolution der Photosynthese: Vor schätzungsweise 3,4 Milliarden Jahren entwickelten einige Bakterien die Fähigkeit, Sonnenlicht als Energiequelle zu nutzen. Damit wurden sie unabhängig von heißen Quellen und konnten die oberen Schichten der Ozeane besiedeln. Allerdings setzten sie in ihrem Prozess noch keinen oder kaum Sauerstoff frei.
