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Das Zusammenwirken von Mikroorganismen

Mikroorganismen (Bakterien) auf natürlichem Zeolith

Mikroorganismen (Bakterien) auf natürlichem Zeolith
Foto: Stefan Weiss
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In der Natur ist das Leben als Zusammenspiel der Organismen geregelt. Pflanzen dienen als Grundstoff für Nahrung. Aber auch Pflanzen müssen sich ernähren. Ihre Nährstoffe beziehen sie aus dem Boden, der seinerseits Nährstoffe aus abgestorbenem organischen Material gewinnt. Die Nährstoffe sind in Wasser gelöst, sodass die Pflanze sie über ihre Wurzeln aufnehmen kann. Das Wasser ist der Grundstoff, mit dem die Nährstoffe befördert werden. Blätter, Blüten, Früchte und Samen werden erst durch das darin enthaltene Wasser prall und farbig. Ohne Wasser gäbe es weder pflanzliches noch tierisches Leben auf der Erde. Woher kommen die Nährstoffe und wie gelangen sie in den Boden – also in die Erde?

Man muss sich vergegenwärtigen, woraus Erde besteht. Erde besteht nicht aus Sand, zerriebenem Gestein, sondern sie ist kompostiertes Material aus tierischen und pflanzlichen Rückständen. Fruchtbare, lockere Erde besteht überwiegend aus Humus, lateinisch humus. Erde ist also ursprünglich toter organischer Stoff, der durch einen Zersetzungsprozess zu anorganischem Material zerlegt und umgebaut wurde. Erst dadurch werden seine Ursprungsstoffe Pflanzen zugänglich gemacht. Denn nur Pflanzen können ausschließlch anorganische Stoffe aufnehmen. Die aus der Luft und dem Boden gewonnenen Bestandteile Kohlenstoff, Sauersoff und Wasserstoff werden photosynthetisch – mit Hilfe von Sonnenlicht – energetisch angereichert und zu Traubenzucker, einer Glukoseform, und nachfolgend aus weiteren Glukosen zu Stärke und Zellulose umgebaut. Erst so machen Pflanzen die in einem ständigen Kreislauf befindlichen Stoffe Tieren verwertbar. Nicht unmittelbar für Energie. also Bewegung, Stoffwechsel und Wärme gebrauchter Zucker wird seinerseits in tierischen Oganismen zu Fett verstoffwechselt und im Körper als energetische Reserve angelegt. Unter Anbindung von Stickstoff an die Zuckerverbindungen werden Proteine erzeugt, um tierische Körperzellen anzulegen. Daraus bestehen Muskeln, Organe, Teile des Knochen- und Hornmaterials. Proteine bilden die unverzichtbaren biochemischen Substanzen tierischen Lebens. Der Aufbau tierischen Gewebes ist pflanzlichen Grundstoffen zu verdanken.

Humus

Humus
Foto: Edafologia2.0
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Wie aber geschieht diese Aufbereitung zu Humus, also fruchtbarer Erde, deren durch Pflanzen umgebaute Inhaltsstoffe tierisches Leben wieder ermöglicht?

Zuerst sind es saprophage, fäulnisverzehrende – aus altgriechisch σαπρός sapros faul, und φαγεῖν phageín, essen – sich also von faulendem Material ernährende biologische Organismen, die als Saprobionten – aus altgriechisch σαπρός sapros faul, und βίος bíos,Leben – auf abgestorbenem Naturmaterial leben.

An diesem Verwertungsprozess sind verschiedene Lebewesen beteiligt. Fäulniszerlegende Tiere wie Regenwürmer oder Mistkäfer beschleunigen diesen Vorgang, indem sie durch ihre Exkremente vergrößerte Abbauflächen schaffen, die den Zugriff der Mineralisierer erleichtern.

Die Mineralisierer als fäulniserregende Mikroorganismen übernehmen sodann diese Aufgabe, indem sie die organischen Nährstoffe unter Anbindung von Sauerstoff, Kalium, Natrium, Phosphor, Stickstoff zu anorganischen wie Kohlendioxyd und lebenswichtigen Salzen umbauen.

Bei dem Umbau organischen Materials zu anorganischen Stoffen kommen Destruenten zum Einsatz. Destruenten – aus lateinisch destruere, zerstören, abbauen – sind Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze. Sie nehmen organisches Material auf, verdauen es und zerlegen es wieder in ihre anorganischen Grundstoffe. Dadurch schließen sie es dem pflanzlichen Stoffwechsel auf. Diesen Prozess der Rückführung in den biogenen Stoffkreislauf nennt man Assimilation. Assimilation ist notwendig, weil Pflanzen nicht in der Lage sind, totes Material, das sich aus organischen Verbindungen zusammensetzt, aufzunehmen. Sie sind also darauf angewiesen, dass Mikroorganismen vorher diese chemische Zerlegung übernehmen, um ihnen elementare Nährstoffquellen zu erschließen. Danach sind es schließlich Pflanzen, die tierisches Leben ermöglichen, weil sie der Tierwelt Nahrung zur Verfügung stellen.

Daraus leitet sich die Verbildlichung der Nahrungspyramide ab. Dieses Modell verdeutlicht, wie eine große Menge von pflanzenfressenden Tieren einer kleiner werdenden Menge von Fleischfressern als Nahrunsgrundlage dient.

Leben ist nach dieser Definition und Vorstellung nur unter den Bedingungen möglich, die unser Planet Erde bietet: Gemäßigte Temperaturen durch einen günstigen Abstand zur Sonne und Sonnenlicht, das ausschließlich chlorophyllproduzierende grüne Organismen zu dem biochemischen Umwandlungsprozess der Photosynthese befähigt.
Photosyntese bedeutet, dass mithilfe des lichtabsorbierenden Farbstoffs Chlorophyll Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird, die dann zum Aufbau energiereicher organischer Verbindungen verwendet wird. Diesen Vorgang der Synthese energiereicher organischer Stoffe, der als Nahrungsgrundlage für tierische Lebewesen dient, bezeichnet man als Assimilation.

Photosynthese betreiben neben dem den pflanzlichen Hauptproduzenten (1) auch grüne Algen, die nicht eindeutig in das Reich Pflanzen gehören, und einige grüne Bakterienarten, die man zu den Tieren zählt.

Diese Herstellung von energetischer Nahrung ist für tierisches Leben unverzichtbar. Dabei produzieren Pflanzen den für tierische Existenz unabdingbaren Sauerstoff, den sie als Abfallprodukt der Photosynthese abgeben. Das zeigt die Unabdingbarkeit „grüner Lungen“ – von Parkanlagen über Wälder bis zu Regenwäldern. Nur Pflanzen sind dazu in der Lage, Kohlendioxyd aufzunehmen, zu nährstoffreichen Kohlenstoffverbindunen zu verarbeiten und lebenswichtgen Sauerstoff zu erzeugen.

Mikroorganismen vervollständigen den Kreislauf der Stoffe, indem sie das fehlende Glied zur Rückführung in anorganische, für den pflanzlichen Organismus aufnehmbare Grundsubstanzen, bilden.

Auf diesem Zusammenwirken basiert alles Lebendige. Jede biologische Existenz ist in einem beständigen Kreislauf aufeinander angewiesen. Ohne die dem menschlichen Auge nahezu verborgenen Mikroorganismen würde die Erde, die immer neues Leben hervorbringt und untergehen lässt, die also fortgesetzter Erneuerung bedarf, um Leben zu ermöglichen, an einer unzersetzten Fäulnisflut ersticken.

(1) Schmarotzende, nicht Chlorophyll produzierende Pflanzen leben auf und von anderen. So bedienen sich chlorophyllfreie Pflanzen wie der Fichtenspargel in Gänze der Fähigkeit ihrer Wirtspflanze zur Nährstoffanreicherung. Blassgrüne dagegen zapfen ihre Wirtspflanzen für Nährstoffe und Chlorophyllgaben an.

Parasitismus und Symbiose – Abhängigkeit, Ausbeutung, Anpassung und Lebensgemeinchaft

Schlupfwespe

Schlupfwespe
Foto: Hedwig Storch
Lizenz: Creative Commons

Unterschiedliche Formen von gemeinsamer Existenz und Zusammenleben der Lebewesen, der Abhängigkeit voneinander, des Angewiesenseins aufeinander, prägen die Natur in ihrer Vielgestaltigkeit. Leben wird durch das Leben und Sterben anderer Lebewesen erzeugt und fortentwickelt.

Lebewesen ernähren sich von anderen Lebewesen. Pflanzenfresser leben von Pflanzen oder deren Erzeugnissen, Fleischfresser ernähren sich von ihren Beutetieren.

Eine besondere Lebensform ist der Parasitismus. Parasiten leben von ihren Wirten, also den Lebewesen, die sie „bewirten“, ihnen Nahrung und Obdach geben. Sie machen sich die vitalen Fähigkeiten ihres Wirtes zunutze. Sie schwächen ihn möglicherweise, weil sie von seinen Lebenssäften profitieren, ohne ihn aber bis zu seiner völligen Erschöpfung zu schädigen und bis zum Verlust seines Lebens zugrunde zu richten.

Die existenzielle Vernichtung des Wirtstieres dagegen nennt man parasitoid. Die Nachsilbe -oid, die im üblichen Sprachgebrauch eher abschwächend zu verstehen ist, bedeutet ähnlich. Parasitoide sind also Parasiten ähnlich, sie unterscheiden sich jedoch von ihnen, indem sie ihren Wirt bis zu dessen Tod ausbeuten. Beispielhaft hierfür sind Schlupfwespen, Ichneumonidae, deren Name von altgriechisch ἰχνεύμων, ç(1), abgeleitet ist. Schlupfwespen sind taxonomisch gesehen eine eigene Familie, die wie gewöhnliche Wespen nur zur Ordnung der Hautflügler zählen. Sie haben jedoch nichs mit herkömmlichen staatenbildenden Wespen zu tun und leben, wie der Name Schlupfwespe sagt, ausschließlich parasitär. Die Weibchen sind mit einem langen Legestachel versehen und injizieren damit ihr verhängnisvolles Ei in den Körper ihres spezifischen Opfers, also im Falle unseres Beispiels zeitlich und räumlich treffsicher in den Leib der Kohlweißlingslarve. Die aus dem Ei geschlüpfte Larve des Parasitoiden ernährt sich von den Eiweiß- und Fettreserven der sie berherbergenden Schmetterlingslarve, ohne zunächst ihre lebenswichtigen Organe anzugreifen, um ihren Wirt nicht lethal zu schädigen und um dessen unverzichtbare Lebensfunktionen aufrechtzuerhalten. Die Schlupfwespe verlässt nach der Metamorphose im Kokon ihres Wirts als fertiges Insekt den Ort ihrer Entstehung und lässt die gekaperte Larve als tote Hülle zurück.
Eine andere Schlupfwespenart saugt an den Hnterbeinen einer Radnetzspinne und erzwingt durch die Injektion biochemischer Zusätze einen anderen Bauplan des Netzes. So bewirkt sie den Bau eines für die Verpuppung ihrer Raupe geschaffenen Kokons.

Solche parasitoide Lebensformen haben Philosophen und Biologen von Platon bis Darvin beschäftigt und an der göttlichen Weisheit des Zusammnspiels der Natur zweifeln lassen.

Ganz anders zu verstehen ist die gemeinsame Lebensform der Symbiose, altgriechisch συμβίωση. Das Wort ist zusammengesetzt aus συμ, zusammen, und βίωσ, biologische Existenz, also βίωση, leben, existieren. Symbiotisch leben heißt, dass beide beteiligte Lebewesen von ihrer Gemeinschaft profitieren. In der Pflanzen- und Pilzwelt zeigt sich das häufig schon an den Namen, die ihre Standortgemeinschaft beschreiben: Birkenröhrling, Erlenporling, Eichen- und Fichtensteinpilz.

Der Fruchtkörper des Pilzes ist nur der sichtbare Teil der „Pilzpflanze“. Man geht heute aber davon aus, dass Pilze weniger den Pflanzen nahe stehen als den Tieren. Der Pilzorganismus bildet mit den haarfeinen Hyphen seines Myzeliums, dem unterirdischen Wurzelbereich – der eigentlichen Lebensgrundlage – ein enges Geflecht um die Wurzeln seines Partners. Beide spenden einander Wasser, Nährstoffe und Mineralien, die ihnen aus eigenen Quellen und Fähigkiten nicht zugänglich sind.

Krokodil im Okavangodelta

Krokodil im Okavangodelta
Foto: Hp.Baumeler
Lizenz: Creative Commons

Symbiotische Lebensformen zeigen sich auch in der Tierwelt. Eindrucksvoll sind die Aktivitäten von Putzerfischen, die die Zähne gefräßiger Haifische reinigen, während deren Nahrungsreste ihnen zur Ernährung dienen. Die sonst so gefährlichen Zahnreihen werden ihnen geduldig geöffnet, ohne dass den kleinen Fischen ein Leid geschähe. Eine ähnliche Konstellation kann man bei Krokodilen beobachten, deren Ruf an Gefährlichkeit denen der Haifische in nichts nachsteht. Hier sind es kleine Vögel, denen ein weitgeöffneter Rachen zur Reinigung und Pflege des todbringenden Gebisses dargeboten wird, ohne dass die in ihrem Maul arglos herumhüpfenden Vögel Anstalten machten, sich vor der Bestie zu fürchten.

Bei der Betrachtung dieser symbiotischen Beziehungen drängt sich die Frage auf, wie das Wissen um die Nützlichkeit des jeweiligen Symbiosepartners zustandekommt, handelt es sich doch dabei um Partner, die eher in ein Beute-Feind-Schema einzuordnen wären. Vielleicht kommt hier nachahmendes Lernen als junge Anpassungstrategie in Frage. Dagegen spricht aber, dass beim Lernen das Risiko durch Try-and-Error-Verfahren eine tödliche Konsequenz hätte. Daher scheint die Annahme naheliegender, dass eine Art genetische Verankerung dem Verhalten innewohnt, die sich schon seit Jahrmillionen gebildet haben dürfte.

Pflanzen verfügen im Gegensatz zu Tieren nicht über einen erkennbaren Fortbewegungsapparat. Daraus resultiert die schlichte Einteilung von standortverwurzelter, „eingepflanzter“ Pflanze – lateinisch planta -, und beweglichem, kampf- und verteidigungsbereitem Tier, dessen Überlebensstrategien dadurch weit komplexer sind. Der Name Tier, geht auf althochdeutsch tior, das Beseelte, zurück, und ist verwandt mit gotisch dius. Beidem liegt die Auffassung zugrunde, wie es sich in lateinisch animale, das beseelte Wesen, aus anima, Seele, ausdrückt, daß Tiere, wozu biologisch auch Menschen zählen, beseelt seien.

Betrachtet man See-Anemonen, die sehr pflanzenähnlich wirken, indem sie festhaftend auf dem Grund stehen, und ihren mit blütenblättergleichen Tentakeln bewehrten Kopf in den Wellen wiegen, so weiß man dennoch, dass sie Weichtiere sind, die wie andere Tiere auch von lebenden Organismen leben.

Die Unterscheidung von Lebewesen in Zoologie und Botanik ist zunächst eine Kategorisierung in Tier und Pflanze, von animale und planta. Der offensichtlichste Unterschied beider ist durch Verwurzelung oder Fortbewegung gekennzeichnet. Das wichtigste biologische Unterscheidungsmerkmal aber ist, tierischen Organismen Energie zur Verfügung zu stellen. Nur grüne Pflanzen sind zur Energiegewinnung in der Lage, durch Photosynthese Lichtenergie in Nahrungsenergie umzuwandeln. Dabei spielt der grüne Farbstoff eine entscheidende Rolle. Das Blattgrün – das Chlorophyll, aus altgriechisch χλωρός, chlōrós, hellgrün, und φύλλον phýllon, Blatt, – versetzt grüne Pflanzen in die Lage, organisch verwertbare Nahrung zu erzeugen, also tierischem Leben erst Energie zugänglich zu machen. Diese nur ihnen bereitstehende Quelle, Licht zu nutzen, zeigt ihre Unabdingbarkeit für das Leben auf der Erde. Photosynthese bedeutet „Zusammensetzung durch Licht“, aus altgriechisch φῶς, phōs‚ Licht und σύνθεσις, sýnthesis, Zusammensetzung. Energiearmen chemischen Stoffen wie Kohlendioxid und Wasser wird durch die Verbindung mit hochenergetischem Sonnenlicht Energie zugeführt. Diese anorganischen Grundstoffe, bestehend aus Kohlendioxid aus der Luft und Wasser aus dem Boden, werden energetisch umgewandelt zu organischen Stoffen, den Kohlehydraten Zucker und Stärke. Aus diesem Grund sind auch Pflanzen, die wegen ihres Chlorphyllmangels unfähig sind, durch Photosynthese Energie zu gewinnen, nur als Schmarotzer grüner Pflanzen existent.

Dass sich auch Pflanzen bewegen, ist allenthalben erkennbar, besonders bei einem Sonnenblumenfeld, wo sich alle Blüten synchron den ganzen Tag über nach dem Licht drehen. Auf französisch heißen sie deshalb Tourne-soleil. Sie wenden sich der Sonne zu, um ihre zu wahrhaften Energiespeichern heranreifenden Samen optimaler Sonnenbestrahlung auszusetzen. Das Gleiche kann man auf der Fensterbank beobachten, wenn man eine Pflanze dreht. Sie richtet sich immer wieder nach dem Licht aus, um deren Energie in ihren Blättern anzureichern.

Es gibt auch Pflanzen, die sich sogar an Land fortbewegen. Vom Wind getrieben kugelt sich die „Rose von Jericho“ als ein trockener Gestrüppball durch den Wüstensand. Sie schlägt dort Wurzeln, wo sie Wasser und Nahrung findet und dann wieder zu blühendem Leben erwacht. Später, wenn ihre Versorgungsquellen erschöpft sind, setzt sie ihre Reise als scheinbar vertrocknete Kugel fort, um sich neue Nahrungsgründe zu erschließen.

(1) Der Name Ichneumon, Spürer, steht nicht in direktem Zusammenhang mit „Schlupfwespe“ an sich, sondern bezieht sich auf eine besondere andere Schlupfwespenart, Ichneumon eumerus. Sie ist ein Hyperparasit, d.h. ein Parasit, der einen anderen parasitär ausnutzt. Sie spürt die Larven ihres Wirtstieres, eines Schmetterlings, der parasitisch in einem Ameisembau lebt, von außen auf. Das Eindringen in den Bau und das Verlassen desselben erfolgt durch den Einsatz verschiedener die Ameisen von Grund auf verwirrrender Pheromone.
https://de.wikipedia.org/wiki/Ichneumon_eumerus