Die meisten Organismen, von den kleinsten bis zu den größten, nutzen Sauerstoff, um die Energie zu gewinnen, die sie zum Leben benötigen. Donald Canfield, ein Forscher aus Dänemark, erklärt, dass Sauerstoff für diese Aufgabe besonders effizient ist, da er leicht Elektronen aufnimmt, die während der Atmung freigesetzt werden.
Lebewesen wie wir, sogenannte Heterotrophe, gewinnen Energie durch den Abbau von Nahrung. In diesem Prozess spielt Sauerstoff eine entscheidende Rolle, indem er die Bewegung der Elektronen ermöglicht.
Andere Substanzen könnten diese Elektronen ebenfalls aufnehmen, sind jedoch oft weniger praktikabel oder sogar gefährlich für das Leben. Forscher wie David Catling haben gezeigt, dass Elemente wie Fluor oder Chlor zwar noch mehr Energie freisetzen würden, aber zu aggressiv sind, um von lebenden Organismen genutzt zu werden.
Sauerstoff ist außerdem auf der Erde weit verbreitet. Dank der Photosynthese durch Pflanzen und Algen wird er in großen Mengen produziert und ist leicht in der Luft und im Wasser verfügbar. Stickstoff, der zwar reichlich in der Luft vorhanden ist, bleibt dagegen zu stabil, um von den meisten Lebewesen effektiv genutzt zu werden.
Sauerstoff ist reaktiv genug, um nützlich zu sein, aber nicht zu reaktiv, um gefährlich zu werden. Bei seiner Verwendung entstehen Wasser und Kohlendioxid, zwei harmlose Nebenprodukte. Dies erklärt, warum sich das Leben um den Sauerstoff herum entwickelt hat.
Eine weitere interessante Eigenschaft des Sauerstoffs ist seine Fähigkeit, Elektronen einzeln aufzunehmen und somit Energie kontrolliert freizusetzen, ohne heftige Reaktionen. Diese Eigenschaft, kombiniert mit seiner Verfügbarkeit, macht Sauerstoff zu einem essenziellen Element für das Leben auf unserem Planeten.
Wie hilft Sauerstoff unseren Zellen, Energie zu produzieren?
Sauerstoff spielt eine Schlüsselrolle in der Zellatmung, einem Prozess, der in unseren Zellen abläuft. Am Ende einer Reihe von Schritten, die zur Produktion von ATP (der Energiemolekül der Zellen) führen, nimmt er die Elektronen auf.
Diese Schritte finden in den Mitochondrien, den "Kraftwerken" der Zelle, statt. Die Elektronen wandern von einem Komplex zum nächsten, was den Transport von Protonen durch die Membran ermöglicht.
Sauerstoff nimmt schließlich die Elektronen auf, wodurch Wasser entsteht und die Kette aufrechterhalten wird. Ohne Sauerstoff würde alles zum Stillstand kommen, und die Zelle könnte nicht mehr die Energie produzieren, die sie zum Überleben braucht.
Warum gibt es so viel Sauerstoff auf der Erde?
Sauerstoff wird kontinuierlich von Pflanzen, Algen und Cyanobakterien produziert, die Sonnenlicht nutzen, um Energie zu gewinnen und Sauerstoff freizusetzen.
Im Gegensatz zu anderen Substanzen wie Sulfat oder Nitrat, die ebenfalls Elektronen aufnehmen könnten, liegt Sauerstoff als Gas vor. Dies macht ihn leicht in Luft und Wasser verbreitbar.
Zudem ist Sauerstoff in Form von O₂ stabil genug, um sich in der Atmosphäre anzureichern. Andere Elemente wie Fluor oder Chlor sind entweder zu gefährlich oder zu selten.
Dank dieser kontinuierlichen Produktion und seiner Stabilität hat sich Sauerstoff zum bevorzugten Element für die Atmung auf der Erde entwickelt.