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Das Problem der Lebensenergie wollen wir am Beispiel des wichtigsten Organs überhaupt, dem photosynthetisierenden Blatt, behandeln.
In einem anderen Beitrag (5) haben wir die Bedeutung der Lebensenergie für die düsenjägerartige Fortbewegung von Zellorganellen und andere Lebensvorgänge schon kurz behandelt.
Die gesamte Energie für die Lebenstätigkeit stammt aus der Sonne, deren Strahlungsspektrum in mehrere Bereiche geteilt werden kann. Wir wollen die Energieanteile dieses Spektrums unter dem Gesichtswinkel des pho-tosynthetisierenden Blattes betrachten.
Das Blatt absorbiert den energetisch unbedeutenden UV-Anteil und die sogenannte photosynthetisch aktive Strahlung (PAR), die ungefähr 45% der Globalstrahlung ausmacht. Die PAR fällt in etwa mit dem sichtbaren Bereich des Spektrums zusammen.
Der Bereich geht von 400...780 nm Wellenlänge.
Die längerwellige Strahlung ab ungefähr 850 nm wird praktisch überhaupt nicht von den photosynthetisierenden Blättern aufgenommen. Ein großer Teil wird von den Blättern zurückgeworfen, der andere Teil geht unbeschadet durch das Blatt hindurch (1; 2). Das nennen wir den Woodeffekt. Nur lebende Blätter zeigen dieses Phänomen.
Das Militär hat sich das schon zunutze gemacht, um Tarnungen, die oft aus künstlichen oder toten Blättern bestehen von natürlich bewachsenen Flächen zu unterscheiden.
Daran muß die besondere Struktur des H+...OH- in der Zelle schuld sein, denn gewöhnliches Wasser schluckt gerade die Strahlung dieses Woodeffektbereiches besonders, während das sichtbare Licht fast unbeeinflußt durch Wasserschichten geht.
Das ist eins der schönsten Beweise dafür, daß das "Wasser" in der lebenden Zelle kein Wasser ist, sondern diametrale Eigenschaften im Vergleich zu letzterem hat. Es ist hydrophob.
Der Anteil der Woodeffektstrahlung am gesamten Sonnenspektrum liegt bei ungefähr 50%.
Nach der Behandlung der spektralen Reflexions- und Absorptionseigenschaften wollen wir uns nun dem ener-getisch und massenmäßig weitaus wichtigstem Prozeß an der Blattoberfläche zuwenden. Das ist die sogenannte Transpiration, die nach Meinung fast aller Wissenschaftler eine Umwandlung von flüssigem Naturwasser in Wasserdampf ist.
Wir wollen uns dabei lakonisch kurz fassen, weil die Beziehungen so eindeutig sind. Es grenzt an ein Wunder, daß es bis jetzt kaum einem aufgefallen ist.
Machen wir eine Energiebilanz der Transpiration am Beispiel eines Nelkenbestandes (3). Die Verhältnisse sind aber bei allen Pflanzen ähnlich. Wir machen in diesem Zusammenhang auf die ausgezeichnete Arbeit amerikanischer Autoren (6) aufmerksam, die schon in den Fünfzigern diese Diskrepanzen bemerkten.
Die Verdampfungsenthalpie des Naturwassers beträgt 2260 Joule pro Gramm. An der Größe dieser Zahl kann man ermessen, welche Energie im Dampf steckt. James Watt hat diese Zahl dazu veranlaßt sich mit dem Problem der Dampfmaschine und dem Kondensator ein ganzes Leben zu beschäftigen.
Die Wasserabgabe eines Nelkenbestandes durch die sogenannte Transpiration beträgt rund 850 Liter pro Quadratmeter Standfläche und Jahr. Wenn wir nun annähmen, daß eine Transpiration im obengenannten Sinne stattfindet, so müßten genau 1 921 000 Kilojoule Sonnenenergie pro Quadratmeter Bodenfläche und Jahr verbraucht werden.
Die jährliche Globalstrahlungssumme am Nelkenstandort beträgt 3 356 600 Joule pro Quadratmeter bestrahlter Fläche.
Die 45% PAR-Anteil der Globalstrahlung, die von der Pflanze maximal absorbiert werden können, stellen aber nur eine Energie von 1 544 120 Joule/m2 * Jahr dar. Dabei wurde nicht berücksichtigt, daß es eine Rückstrahlung und Lücken zwischen den Pflanzen gibt, so daß niemals diese PAR-Summe die Pflanzenzellen erreicht.
Der Widerspruch wäre noch viel offensichtlicher, wenn man bedenkt, daß die Nelken in einem ungeheizten Gewächshaus standen, dessen Eindeckung einen großen Anteil aller Globalstrahlungsanteile absorbiert.
Dafür gibt es nur eine Schlußfolgerung, die wegen ihrer allgemeinen Aussage noch nicht viel nützt, hoffentlich aber eine Flut von Experimenten auslöst.
Die Wasserabgabe einer Pflanzenzelle ist keine Flüssigkeits - Gas (Dampf) - Phasenumwandlung.
Das ist kein Wunder, wenn man weiß, daß das Wasser in der lebenden Zelle keines ist. Es ist ein Ionendipolkomplex, aus dem alle Wasseroberflächen bestehen. In der lebenden Zelle liegt der Löwenanteil des H2O in der hydrophoben H+...OH- Form vor. Das Leben versucht die größtmögliche Oberfläche zu erzeugen, um möglichst viel Energie zu konzentrieren. Die maximale Konzentration liegt dann vor, wenn das H+...OH- in Mikrokugel- oder Mikroblasenform gespeichert ist, in denen laut Laplacegesetz ein sehr großer Druck herrscht. Bei diesem starken Druck liegen Tripelpunkte bei 42 und 95 Grad Celsius. Der bekannteste Tripelpunkt ist der bei normalem Atmosphärendruck und Null Grad Celsius. Unterhalb einer Tripelpunkttemperatur liegt die Phase als Eis vor.
Die Wasserabgabe einer Zelle in die Gasform ist also eher eine Sublimation. Das Eis in der Zelle ist energiereich, so paradox das auch klingt.
Denken Sie noch einmal an den Woodeffekt, der zeigt, daß das "Wasser" in der Zelle genau entgegengesetzte Eigenschaften als das gewöhnliche Naturwasser hat.
Wenn wir nun zur Umgebung der Pflanze kommen, so findet dort vor allem im Bodenbereich eine Umwandlung des gewöhnlichen Naturwassers in die energiereiche Oberflächenform auf Kosten von Wärmeenergie statt. Der von der Pflanze nicht aufgenommene Woodbereich des Spektrums wird im Boden aber auch in der Luft zum großen Teil in Wärme umgewandelt.
Die pflanzlichen Zellen, insbesondere die der Wurzelspitzen, heben nur die Oberflächen von dem Naturwasser ab. Die Wärmeenergie sorgt nach der Aufnahme der Oberfläche sofort dafür, daß wieder eine neue oberflächen-gespannte Schicht entsteht
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Oberflächenspannungsenergie wird auf Kosten der Wärmeenergie der Luft und des Wassers aufgebaut. Diese Umwandlung der Wärme in Oberflächenspannung wird durch die Messung der Verdunstungskälte demonstriert, was im Daltonschen Verdunstungsgesetz dokumentiert wird.
Die Bildung der dichteren und energiereichen Oberfläche aus der Wärmeenergie kann man als die adiabatische Verdichtung beim Carnotschen Kreisprozeß beschreiben. Das Innere einer Zelle macht also nur den einen Teil des Carnotprozesses. Außen findet die isotherme Rückverwandlung oder Sublimation statt.
Das H+...OH- der Zellen hat bekanntlich eine Dichte von 1,5 g/cm3. Das Naturwasser nur eine Dichte von einem Gramm pro Kubikzentimeter.
Wenn wir innerhalb oder außerhalb der Zelle sagen, müssen wir daran denken, daß es auch Vakuolen gibt. Die Blattzellen haben besonders große. Die Plastiden, der Zellkern oder das Zytoplasma haben auch untereinander eine verschiedene Dichte und somit eine unterschiedliche Phasenstruktur, so daß überall Carnotsche Kreisprozesse zwischen innen und außen oder verschiedenen Phasen auftreten können.
Jetzt kommen wir zur sogenannten photosynthetischen Wasserspaltung.
Da in der lebenden Zelle größtenteils H+...OH- vorliegt und die Ionenbindung nicht sehr stark ist, kann schon ein einziges Rotquant diesen Ionendipolkomplex spalten.
Otto Warburg (4) behält insofern recht, als das photochemische Äquivalenzgesetz auch für die Photosynthese gilt, was die Schule um den Amerikaner Emerson, der fast alle Wissenschaftler heutzutage angehören, vehement bestritt und immer noch bestreitet.
Es kann hier keine Energiebilanz aufgestellt werden. Dazu ist die Anstrengung von vielen notwendig.
Es ist aber nur schwerlich abzustreiten, daß auch die Photosynthese wie alle Lebensprozesse durch den Phasenübergang zwischen den beiden H2O-Formen angetrieben wird. Es ist eine Art Wärmepumpe, die vom Carnotschen Kreisprozeß beschrieben wird.
Eine technisch gut durchkonstruierte Wärmepumpe kann dreimal mehr Wärmeenergie heranholen, als sie elektrische Energie zu ihrem Antrieb verbraucht. Sie hat auf das mit Wärmeenergie zu versorgende System bezogen einen Wirkungsgrad von 300%!!!
Nur die Spaltung des H+...OH- scheint ein direkt photonengetriebener Prozeß zu sein.
Der weitaus größte Teil der Lichtquanten des Sonnenlichtes wird analog dem SECAM-Verfahren bei der elektromagnetischen Signal- übertragung des Fernsehens in eine mechanische Schwingung verwandelt, die dann nach Bedarf eingesetzt wird. Für diese Umwandlung sorgen vor allem die Carotinoid- Protein-H+... OH--Komplexe (Enzyme), ohne die keine Photosynthese möglich ist (7). Nach der jetzigen Theorie sind sie nur Schutzpigmente, die nicht nutzbringendes Licht dissipativ ableiten und als Wärme unnütz aber ungefährlich verpuffen lassen.
Literatur:
[1] R. Mecke; W. C. G. Baldwin; Warum erscheinen die Blätter im ultraroten Bereich hell? Die Naturwissenschaften 25 (1937) S. 303-307
[2] A. Heißner; Ergebnisse von Untersuchungen der Lichtverhältnisse im Mehrzweckgewächshaus MZG 0/53; Archiv für Gartenbau 13 (1965) S. 379-397
[3] C. Heisel; Wasserentzug von Edelnelken (Dianthus caryophyllus L.) in Abhängigkeit von der Globalstrahlung und Wachstumsstadium Gartenbauwissenschaft 56 (1991) S. 247-250
[4] O. Warburg; D. Burk; V. Schocken; S. B. Hendricks; The quantum efficiency of photosynthesis; Biochim. et Biophys. Acta 4 (1950) S. 335-346
[5] P. Augustin; Das kompakte, dichte, energiereiche, empfindliche Wasser des Lebens Raum&Zeit (in Druck)
[6] L. G. Morris; F. E. Neale; J. D. Postlethwaite
The transpiration of glasshouse crops and its relationship to the incoming solar radiation; J. Agric. Engin. Res. 2 (1957) S. 111-122
[7] O. Warburg; G. Krippahl; Carotinoid als Wirkgruppe eines Photosyntheseferments; Annales Academiae Scientiarum Fennicae ; Series A Chemica 60 Seite 69-72
Nachwort: Die Tatsachen sprechen schon alleine für sich. Auch wenn die daraus abgeleitete Theorie vollkommen falsch wäre, so muß dieser Artikel allein schon aufgrund dieser experimentellen Befunde veröffentlicht werden. Diese Tatsachen sind so himmelschreiend, daß ich mich schäme, sie erst 1986 entdeckt zu haben. Noch mehr schäme ich mich für die Physiker, Biologen, wissenschaftlichen Gärtner und anderen Menschen, denen ich diese Tatsachen unterbreitet habe, die aber voller Unverständnis antworteten oder schwiegen.
Wer jetzt noch schweigt, wenn ich ihm das unterbreite, der verdient es nicht.... |
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