(Ein Gespräch zwischen einem Kommerzienrat und einem Botanikprofessor über den Chemismus der Pflanzen, über Wachstum und Düngung und den Kreislauf des Kohlenstoffs und Stickstoffs in der Natur.)

Der Professor: Lieber Kommerzienrat, wenn es Ihnen recht ist, so gehen wir ein Stündchen spazieren, und ich will dabei versuchen, Ihre Fragen über den Chemismus der Pflanzen so gut als möglich zu beantworten. Besser wäre es freilich, wenn Ihnen Ihr Beruf gestatten würde, in meinem Laboratorium fortlaufende Versuche über dieses Gebiet anzustellen.

Der Kommerzienrat: Dies wird mir leider vorläufig nicht möglich sein. Aber ich bin Ihnen, lieber Professor, schon sehr dankbar, wenn Sie mir mit einigen mündlichen Aufklärungen helfen wollen. Wenn man soviel mit Holz und Kohlen zu schaffen hat, wie ich, dann muß man ja für die Entstehungsgeschichte dieser Stoffe Interesse bekommen. Sehen Sie, wir führen aus den russischen, rumänischen und bosnischen Wäldern jährlich viele Hunderttausende von Kubikmetern Holz in unsere Papiermühlen. Sooft ich nun die riesigen Ziffern in unserem Frachtkonto betrachte, kommt mir eine Frage in den Sinn, auf die ich mir eine Antwort schlechterdings nicht vorstellen kann. Woher stammen diese riesigen Holzmassen? Woraus sind sie entstanden? — Wenn ich morgens in meinem Garten die Bohnen gieße (wissen Sie, das bekommt mir jetzt besser als früher die Marienbader Kur!), dann denke ich mir, das bißchen Gewicht dieser Bohnen und Kohlköpfe könnte wohl aus dem Dung sich entwickelt haben, den ich im Frühjahr und Herbst in meinen Garten fahren lasse. Aber wer düngt den Wald, worin das Holz wächst? Die Blätter, die da im Herbst fallen, könnten doch höchstenfalls im nächsten Frühjahr den Stoff zur Bildung der neuen Blätter liefern. Aber woher stammen die ungeheuren Holzmassen der Bäume? — Ich bin kein Chemiker und kann mir nicht wohl vorstellen, daß das verbrennliche Holz aus den unverbrennlichen Gesteinen des Erdbodens entstanden sein soll. Welche Möglichkeiten sollte es aber sonst geben? — Wenn Sie mir in dieses Fragendunkel Licht bringen könnten, wäre ich Ihnen wirklich herzlich dankbar.

Der Professor: Ihre Fragestellung nebst Begründung macht Ihnen alle Ehre und ist ganz klar und logisch durchdacht. Nur erschrecken Sie bloß nicht über meine Antwort: Die wichtigste Substanz im Holz, die Kohle, stammt aus der Luft. Das übrige besteht größtenteils aus umgewandeltem Wasser. Nur ein ganz kleiner Bruchteil vom Gewicht des trockenen Holzes (etwa 8 bis 10 %) entstammen als Mineralstoffe dem Erdboden.

Der Kommerzienrat: Verzeihen Sie, wenn Ihre Behauptungen, die wissenschaftlich wohl sehr richtig sein mögen, meinem mehr auf das Praktische gehenden Verstand nicht sofort einleuchten. Ich bin ein Mann der Zahlen und Gewichte und weiß, daß die Luft nichts oder nicht viel wiegt, das Holz aber sehr viel. Wie reimt sich das zusammen?

Der Professor: Ich glaube doch, daß Sie das Gewicht der Luft unterschätzen. Ein Liter Luft wiegt 1¼ Gramm, ein Kubikmeter also 1¼ Kilogramm. Ein Zimmer von mäßiger Größe faßt leicht 80 Kubikmeter Luft, welche zusammen 2 Zentner wiegen. Wenn also die ganze Luft durch den Baum in Kohle verwandelt würde, so könnte ein großer Waldbaum seinen gesamten Kohlebedarf ganz leicht aus der Luftmenge decken, welche in ein paar Häusern enthalten ist. Tatsächlich braucht er jedoch viel mehr Luft, weil die für den Baum notwendige Kohle nur in einem ganz winzigen Bruchteil der Luft enthalten ist, nämlich in dem Kohlensäuregas, welches nur ¹⁄₂₅ % der Luft ausmacht. Zur Bildung von einem Kilogramm der Holzkohle, welche man durch Erhitzen von Holz erhält, müßte also der betreffende Baum nicht weniger als 2500 Kilogramm Luft verarbeiten. Für seine ganze Holzmenge braucht er wohl einige Millionen Kubikmeter — aber was bedeutet dies angesichts des unermeßlichen Luftmeers? Es enthält weit mehr Kohlensäuregas, als der ganze Pflanzenwuchs der Erde jemals aufzuzehren vermöchte.

Der Kommerzienrat: Ich bin nun wirklich neugierig, wie es die Pflanze macht, um dieses Kohlensäuregas aus der Luft in sich aufzunehmen.

Der Professor: Ganz einfach: sie atmet, wie wir auch. Nur mit dem Unterschied, daß wir den Sauerstoff der Luft einatmen und dafür Kohlensäure ausatmen, während die Pflanze — wenigstens scheinbar — das Umgekehrte macht: sie atmet Kohlensäure ein und Sauerstoff aus. Die Kohlensäure besteht nämlich aus Kohle und Sauerstoff; die Kohle wird von der Pflanze zurückbehalten, der Sauerstoff wird wieder abgegeben.

Der Kommerzienrat: Warum sagten Sie soeben, die Pflanze atme nur scheinbar in umgekehrtem Sinne wie wir?

Der Professor: Weil der Gasaustausch der Pflanze in Wahrheit aus zwei Prozessen besteht, welche nebeneinander und gleichzeitig stattfinden: der eine Vorgang entspricht unserer Ernährung, ich habe ihn soeben geschildert, er besteht in der Aufnahme von Kohlensäuregas und Abscheidung von Sauerstoffgas. Daneben findet ein zweiter, viel schwächer entwickelter Vorgang statt, welcher eine wirkliche Atmung bedeutet. Er besteht, wie unsere Atmung auch, in der Aufnahme von Sauerstoffgas aus der Luft und in der Abgabe von Kohlensäuregas an sie. Dieser Atmungsprozeß ist viel schwächer als der Ernährungsvorgang und wird daher gewöhnlich durch diesen in den Schatten gestellt. Aber nachts, wenn die Ernährung der Pflanzen stillsteht, kann man sehr deutlich die Atmung an der Umkehrung der Gasausscheidung beobachten.

Der Kommerzienrat: Warum steht die Ernährung der Pflanzen nachts still, da doch die Luft auch nachts zu ihrer Verfügung steht?

Der Professor: Weil zur „Verdauung“ des Kohlensäuregases die Mitwirkung des Sonnenlichts notwendig ist. Die Zerspaltung des Kohlensäuregases in Kohle und Sauerstoff ist ein sogenannter endothermischer Vorgang (vgl. das 5. Kapitel), d. h. ein Vorgang, der nur dann erfolgen kann, wenn dem Kohlensäuregas Energie zugeführt wird. Diese Energie strömt der Pflanze im Sonnenlicht bei Tage reichlich zu. Sie verschwindet in der Pflanze, hilft bei der Zerspaltung des Kohlensäuregases und ist dann in den Spaltungsprodukten — in der Kohle und im Sauerstoff — enthalten.

Der Kommerzienrat: Diese Vorgänge finden wohl in den Blättern statt?

Der Professor: Ja. Sie sind zugleich der Verdauungsapparat und die Lunge der Pflanze. An der Unterseite der Blätter befinden sich sehr kleine, spaltförmige Öffnungen in ungeheurer Anzahl; durch sie vollzieht sich der Austausch der Gase.

Der Kommerzienrat: Verzeihen Sie, wenn ich jetzt eine recht dumme Frage stelle: Warum sind eigentlich die Blätter grün?

Der Professor: Diese Frage ist sehr berechtigt und ist auch von der Wissenschaft schon gestellt und durch Versuche beantwortet worden. Man hat gefunden, daß der grüne Farbstoff (Blattgrün oder Chlorophyll genannt) für den Ernährungsvorgang der Pflanzen wesentlich ist. Wo er fehlt, ist auch das Sonnenlicht nicht imstande, das Kohlensäuregas in Kohle und Sauerstoff zu spalten. Das Blattgrün ist für die Pflanzen gewissermaßen das, was für die Tiere das Blut ist. Nach den Untersuchungen Willstätters besteht sogar eine gewisse Ähnlichkeit in der chemischen Zusammensetzung beider.

Der Kommerzienrat: Also könnte eine Pflanze ohne Blattgrün überhaupt nicht wachsen? Demnach gibt es solche Pflanzen gar nicht?

Der Professor: Dies wäre zuviel behauptet. Es gibt eine ganze Menge Pflanzen ohne Blattgrün, und sie können auch ganz gut wachsen: aber ihre Ernährung beruht nicht auf der Verdauung des Kohlensäuregases mit Hilfe des Lichts, sondern auf der Ausnutzung anderer Stoffe. Diese Pflanzen leben entweder als Schmarotzer auf anderen Pflanzen oder Tieren, oder sie ernähren sich von denjenigen Stoffen, welche bei der Fäulnis und Verwesung entstehen. Zu diesen blattgrünfreien Pflanzen gehören sämtliche Pilze und Bakterien und viele höher organisierte Pflanzen, wie der Fichtenspargel, viele Orchideen usw. Aber auch die meisten übrigen Pflanzen, welche sich im erwachsenen Zustande der Kohlensäure, des Lichts und des Chlorophylls zur Ernährung bedienen, ernähren sich in der frühesten Jugend ohne Chlorophyll; sie leben in der ersten Jugend von den Vorräten, welche die Natur zu diesem Zweck um den Keim herumgelagert hat. So lebt die junge Getreidepflanze, bevor sie durch die Erde ans Tageslicht dringt, vom Mehl des Getreidekorns; die Kartoffelpflanze nützt die großen Nahrungsvorräte der Kartoffelknolle aus, und überhaupt alle Zwiebel- und Knollengewächse sind in ihrer ersten Jugend mit einem förmlichen Speicher von Nahrungsvorräten umgeben. Bis diese verbraucht sind, haben die jungen Pflanzen genügend Blattgrün gebildet, um dann größtenteils von der Luftkohlensäure weiter leben zu können.

Der Kommerzienrat: Eine gewisse Vorliebe für die schmarotzende Lebensweise ihrer Jugendzeit scheinen sich die meisten Pflanzen doch auch mit ins spätere Leben zu nehmen, denn sonst könnte eine Jauche- oder Mistdüngung doch ihr Wachstum nicht so sehr fördern? Ist denn das, was Sie über die Luftnahrung sagen, wirklich so wörtlich zu nehmen? Mir scheint, meine Gartengewächse sind doch mehr auf den Dung angewiesen und würden elend zugrunde gehen, wenn ich ihnen bloß die Luft als Nahrung überlassen wollte.

Der Professor: Hier haben Sie ein Schulbeispiel eines Trugschlusses. Der Beweis ist durch folgende Versuche leicht zu führen: Hängen Sie einen Bohnenkern mit Hilfe von etwas Watte in ein Glas voll Wasser. Er wird auskeimen, aber die Bohnenpflanze wird bald zugrunde gehen. Sie werden sagen: Das ist ganz klar, Wasser allein ist keine Nahrung, und von der Luft kann nicht einmal eine Pflanze leben. Aber Sie irren sich wirklich. Wiederholen Sie den Versuch, und setzen Sie dem Wasser winzige Spuren von Salpeter, Ammoniumphosphat und Eisenvitriol hinzu, im ganzen nicht mehr als ein halbes Gramm von allen drei Stoffen: nun wird die Bohne üppig und schnell wachsen, wie mit der besten Jauchedüngung im Garten, und wird an Gewicht gar bald die zugesetzten Nährsalze um ein Hundertfaches überragen. Sie können nun unmöglich behaupten, die Bohne nehme an Substanz zu auf Kosten der zugesetzten Nährsalze: denn diese machen an Gewicht nur einen winzigen Bruchteil der Gewichtszunahme unserer zweiten Bohne aus. Diese Bohne wächst offenbar auf Kosten der Kohlensäure der Luft, wie übrigens auch zweifelfrei durch direkte Luftwägungen nachgewiesen wurde.

Der Kommerzienrat: Das ist in der Tat eine wunderbare Sache. Also darf man wohl annehmen, daß auch im Mist solche Nährsalze enthalten sind, und daß sie ein beschleunigtes Verdauen der Luftkohlensäure durch die Pflanzen erleichtern?

Der Professor: Ja. Es ist sehr wohl möglich und sogar wahrscheinlich, daß außerdem auch noch ein Teil der Dungstoffe von der Pflanze schmarotzerisch aufgenommen wird. Aber wesentlich ist dieser Teil nicht, sonst würden die Kunst- oder Mineraldünger (Superphosphat, Kainit, Salpeter, Ammoniumphosphat) auf unseren Wiesen und Feldern nicht so großen Erfolg haben, auch wenn gar keine Mistdüngung gleichzeitig gegeben wird.

Der Kommerzienrat: Also könnte man die Mistdüngung wohl ganz entbehren und durch Kunstdüngung ersetzen?

Der Professor: Das wäre wohl zu viel behauptet. Der Mist und der aus ihm entstehende Humusboden haben die Eigenschaft, solche Nährsalze festzuhalten, die sonst vom Regen aufgelöst und fortgeschwemmt würden. Außerdem ist es vielleicht möglich, daß der natürliche Dünger für die Pflanzen eine ähnliche Bedeutung hat wie für uns der Genuß des Obstes, das beinahe gar keinen Nährwert hat, aber auf die Zusammensetzung unserer Körpersäfte regulierend wirkt.

Der Kommerzienrat: Nun sagten Sie wiederholt, die Kohlensäure würde in den Blättern der Pflanzen gespalten in Kohle und Sauerstoff, und Sie erwähnten auch, daß der Sauerstoff wieder ausgeatmet würde. Aber was geschieht mit der Kohle? Als Kohle ist sie doch gewiß nicht in den Pflanzen, sonst müßte sie sich durch ihre schwarze Farbe verraten.

Der Professor: Der Kohlenstoff (so nennt der Chemiker die reine Kohle) ist natürlich in den Pflanzen nicht als solcher, sondern er ist mit anderen Elementen zu chemischen Verbindungen vereinigt. Die wichtigsten dieser Verbindungen sind: der Formaldehyd, welcher so zusammengesetzt ist, als ob 1 Atom Kohlenstoff mit einem Molekül Wasser verbunden wäre; der Trauben- und Fruchtzucker und der Malzzucker, welche auf 6 Kohlenstoffatome 6 Wassermoleküle, und der Zellstoff, welcher auf 6 Kohlenstoffatome 5 Wassermoleküle enthält. Alle diese Verbindungen enthalten also nur Kohle und Wasser in wechselnden Mengen; wahrscheinlich entsteht aus Wasser und Kohlensäuregas unter dem Einfluß des Lichtes und des Blattgrüns zuerst Formaldehyd, aus welchem sich dann durch Verdichtung und mehrfache chemische Umlagerungen die Zuckerarten bilden. Diese werden teils durch Umwandlung in Zellstoff zum Aufbau des Holzes verwendet, teils in Form von Stärke (welche dem Zellstoff an chemischer Zusammensetzung gleich ist) als Nahrungsvorräte aufgespeichert.

Der Kommerzienrat: Ich verstehe nun, warum die Kartoffelknollen, die Rüben, Getreidekörner, Zwiebeln usw. so reich an Stärke sind. Aber wie wird dieser Nahrungsvorrat von der Pflanze wieder nutzbar gemacht? Oder ist dies nicht der Zweck des Vorrats?

Der Professor: Doch! Es geschieht in der Weise, daß die Stärke wieder in Zuckerlösung zurückverwandelt wird. Deshalb schmecken keimende Zwiebeln und Kartoffeln süß, weil darin ein Teil der Stärke in Verzuckerung begriffen ist, um dem wachsenden Keim als Nahrung zu dienen. (Vgl. das 8. Kapitel.) Diese Verzuckerung der Stärke wird durch gewisse chemische Verbindungen bewirkt, welche man Enzyme nennt. Sie werden dabei merkwürdigerweise selbst nicht verändert.

Der Kommerzienrat: Ist man schon dahintergekommen, warum diese abermalige Umwandlung der Stärke in Zucker notwendig ist? Ich meine dies: warum wandelt sich nicht die Stärke direkt in Pflanzenfasermasse, in Zellstoff, um?

Der Professor: Dies hat einen sehr einfachen Grund: Stärke ist in Wasser als solche nicht löslich, während Zucker löslich ist. Wenn nun z. B. ein Kartoffelkeim an seiner Spitze neue Substanz ansetzt, so muß diese in irgendeiner löslichen Form aus der Knolle in die Spitze befördert werden. Diese Aufgabe fällt der Zuckerlösung zu. Sie ist gleichsam das Blut der Pflanze. Die Stärkeablagerungen in der Knolle sind dagegen mit dem Fett der Tiere vergleichbar.

Der Kommerzienrat: Braucht nun die Pflanze zu ihrer Ernährung wirklich gar nichts weiter als Kohlensäuregas und Wasser?

Der Professor: Es wäre ein sehr verhängnisvoller Irrtum, dies zu glauben. Wir erwähnten schon vorhin die Bedeutung der Nährsalze im natürlichen und künstlichen Dünger. Von mindestens gleicher Wichtigkeit ist für das Wachstum der Pflanze die Aufnahme eines weiteren Elements, des Stickstoffs. Der Stickstoff ist nämlich, neben Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, der wichtigste Bestandteil der sogenannten Eiweißverbindungen. Diese bilden den wertvollsten Inhalt der tierischen und pflanzlichen Zellen und sind die eigentlichen Träger des Lebens. In den Pflanzen bilden sie einen schleimigen Belag auf der Innenwand der Zelle, den man Protoplasma nennt. Von diesem Belag aus geht alles Wachstum und überhaupt alles Leben. Dieser Belag enthält und verbraucht andauernd eine gewisse Menge Stickstoffgas.

Der Kommerzienrat: Dies ist doch, wenn ich mich recht erinnere, der Hauptbestandteil der Luft?

Der Professor: Jawohl, ⅘ der Luft bestehen aus Stickstoff.

Der Kommerzienrat: Nun, da hat es die Pflanze leicht genug mit der Befriedigung ihres Stickstoffhungers, denn sie wird das Gas wohl einfach aus der Luft aufnehmen.

Der Professor: Doch nicht so einfach, wie Sie sich jetzt denken. Das Stickstoffgas als solches ist nämlich für die Pflanzen völlig unverdaulich. Die Chemiker haben diesem Gas schon lang angemerkt, daß es eine unglaublich geringe Neigung hat, chemische Verbindungen einzugehen. Die Pflanzen nehmen den Stickstoff deshalb niemals aus der Luft, sondern stets durch die Wurzel aus dem Boden auf. Der Boden muß ihn entweder in Form von Nitraten (Salzen der Salpetersäure) oder in Form von Ammoniakverbindungen enthalten.

Der Kommerzienrat: Jetzt verstehe ich auch von neuem, warum der Mist so gut düngend wirkt. Der enthält ja so viel Ammoniak, daß es einem in Augen und Nase beißt.

Der Professor: Diesmal hat Sie Ihre sinnliche Wahrnehmung auf den richtigen Weg geführt.

Der Kommerzienrat: Wie machen es aber die Bäume des Waldes und überhaupt die wildwachsenden Gewächse mit der Befriedigung ihres Stickstoffbedarfs?

Der Professor: Sie ziehen, wohl durch den Geruch ihrer Wurzeln, gewisse Pilze und Bakterien an. Eine ausgerissene Fichtenwurzel ist z. B. meist von einem dichten, weißen Pilzgeflecht (Mykorrhiza) bedeckt, welches mit der Wurzel in innigster Lebensgemeinschaft steht. Diese stickstoffreichen Pilze bilden dann, absterbend, einen stickstoffhaltigen Dünger für die Baumwurzel. Ganz ähnlich ist es bei den Hülsenfruchtgewächsen; sie haben fast sämtlich an ihren Wurzeln kleine Knöllchen, in welchen eine Unmenge von Bakterien eingeschlossen sind, die durch ihr Absterben die Pflanze mit Stickstoff versorgen.

Der Kommerzienrat: Ich denke, durch diesen Befund ist das Problem nicht gelöst, sondern nur verschoben: denn nun müssen wir fragen, wie es diese Pilze und Bakterien anfangen, stickstoffhaltig zu werden?

Der Professor: Sie haben ganz recht. Ich vergaß, Ihnen zu sagen, daß man von einigen dieser Bakterien mit aller Sicherheit nachgewiesen hat, daß sie den Stickstoff der Luft in salpetrige und in Salpetersäure umwandeln. Die so entstehenden Salze der Salpetersäure sind aber eines der verdaulichsten stickstoffhaltigen Nahrungsmittel für alle Arten von Pflanzen.

Der Kommerzienrat: Sagten Sie nicht soeben, daß das Stickstoffgas eine sehr geringe Neigung habe, chemische Verbindungen einzugehen? Wie machen es wohl diese Bakterien, um den trägen Stickstoff zur Verbindung mit Sauerstoff zu nötigen?

Der Professor: Dies ist vorläufig ein völliges Rätsel. Es ist um so merkwürdiger, als diese Vereinigung künstlich nur unter Anwendung hoher elektrischer Spannungen bei der Temperatur des elektrischen Funkens (ca. 4000 °) möglich ist. Man könnte vielleicht, wie bei der Kohlensäurespaltung, an die Mitwirkung des Lichts denken. Aber es ist durch Versuche fast einwandfrei festgestellt, daß die Verdauung des Stickstoffs ohne Mitwirkung des Lichts erfolgt (vgl. Jost, Pflanzenphysiologie, in Strasburgers Lehrbuch der Botanik, 11. Aufl., S. 193). Wir stehen also vor der für jeden Chemiker unglaublich klingenden Tatsache, daß die Pflanze es fertig bringt, kaltes Stickstoffgas ohne jede Anwendung von Licht, Wärme oder Elektrizität in beliebigem Grade zu oxydieren. Dies ist eine Leistung, welche schlechthin alles in Schatten stellt, was die Chemiker bisher erreicht haben.

Der Kommerzienrat: Ist es nicht überhaupt wunderbar, daß die Pflanze ihre Vorräte an Zellulose, Stärke und Zucker auf kaltem Wege erzeugt? Wenn ich nicht irre, können die Chemiker auch diese Prozesse nicht ohne Anwendung von Hitze durchführen.

Der Professor: Sie haben ganz recht. Die chemische Küche der Pflanze ist kalt. Dabei leistet sie so Unglaubliches, daß sie damit den blassen Neid aller Chemiker weckt. Sie verwandelt auf dem Weg von der Knolle bis zum Blatt wenigstens ein dutzendmal Stärke in Zucker und Zucker in Stärke um, während den Chemikern zwar das erste, niemals aber bis jetzt das zweite gelungen ist. Kein Chemiker vermag Stärke oder Zellulose künstlich darzustellen. Dabei sind diese Dinge verhältnismäßig als Kleinigkeiten zu bewerten im Vergleich mit der beispiellosen Mannigfaltigkeit von Farb-, Duft- und Konservierungsstoffen, welche in den Wurzeln, Blättern und Blüten erzeugt werden. Das Pflanzenkleid der Erde ist in der Tat das gewaltigste chemische Laboratorium, vor welchem sich selbst unsere leistungsfähigsten chemischen Fabriken wie ärmliche Alchimistenküchen verkriechen müssen.

Der Kommerzienrat: Hat man denn gar keine Vorstellung, welcher Hilfsmittel sich die Pflanze bei ihren chemischen Darstellungen bedient? Sie haben mir doch früher (vgl. das 8. Kapitel) erzählt, daß man die Gärungsvorgänge und die Verzuckerung der Stärke mit Hilfe der sogenannten Enzyme künstlich bewirken könne, ohne Mithilfe des lebenden Pflanzenkörpers. Wäre es nicht denkbar, daß alle chemischen Vorgänge in der Pflanze auf die Mitwirkung von Enzymen zurückführbar sind?

Der Professor: Dies ist deshalb ganz ausgeschlossen, weil die bis jetzt bekannten Enzyme sämtlich den Abbau, d. h. die Zerlegung einer komplizierten in verschiedene einfache Verbindungen, bewirken. Aufbauende Enzyme sind meines Wissens bis jetzt überhaupt unbekannt. Gerade die wichtigsten chemischen Vorgänge in der Pflanze sind jedoch solche Synthesen, d. h. aufbauende Prozesse. Das ist der Unterschied zwischen der Verdauung bei Pflanzen und bei Tieren: die Pflanze verdaut einfache Stoffe, wie Kohlensäure, Wasser und Stickstoff, zu sehr komplizierten; das Tier aber verdaut komplizierte Nährstoffe (Fleisch, Pflanzeneiweiß) zu einfachen Endprodukten (Aminosäuren). Freilich baut dann auch der tierische Körper aus diesen Zerlegungsstoffen wieder komplizierte Eiweißmoleküle des Blutes und Fleisches auf.

Der Kommerzienrat: Ich bin Ihnen, lieber Professor, für Ihre interessanten Belehrungen sehr dankbar. Nun kann ich mir nur eine Sache noch nicht recht vorstellen: wenn jede Pflanze während ihres Wachstums Kohlensäure aus der Luft zieht, und wenn sich dieser Vorgang Jahr um Jahr mit der ganzen, gewaltigen Pflanzendecke der Erde wiederholt: da muß doch schließlich die Luft die geringe Menge Kohlensäure, welche sie noch enthält, nach und nach ganz verlieren. Dann wäre wohl kein Pflanzenwuchs und infolgedessen auch kein Tierleben mehr möglich.

Der Professor: Sie übersehen in Ihrer Schlußfolgerung nur die wichtige Tatsache, daß alle von den Pflanzen aufgenommene Kohlensäure schließlich doch wieder als solche in die Luft zurückströmt. Denn fast alle Pflanzensubstanz fällt schließlich der Verwesung anheim, und dabei wird nahezu aller Kohlenstoff schließlich in Kohlensäuregas verwandelt, welches in die Luft zurückströmt. Auch das faulende Holz der Wälder unterliegt dieser Veränderung. Diejenige Pflanzensubstanz, welche nicht unmittelbar verwest, wird entweder von Tieren gefressen oder verbrannt oder allmählich in Kohle verwandelt und dann auch verbrannt. Da bei der Verwesung des Tierkörpers auch Kohlensäure entsteht, so ist in allen diesen Fällen das Endprodukt wieder die Kohlensäure. Deshalb kann der Kohlensäuregehalt der Luft nicht abnehmen. Der Kohlenstoff vollendet also in der Natur einen ewigen, sich immer wiederholenden Kreislauf.

Der Kommerzienrat: Ich dächte aber, ich hätte einmal gelesen oder gehört, daß die Luft in einer älteren Periode der Erdgeschichte reicher an Kohlensäure gewesen sei. Damals, ich glaube, es war in der Zeit der Entstehung der Steinkohlen, sollen ja aus diesem Grunde die Pilze und Farnkräuter und Bärlappgewächse eine ungeheure Größe erreicht haben. Ist dies richtig, so widerspricht es doch der Lehre vom Kreislauf des Kohlenstoffs.

Der Professor: Ihr Einwand ist in der Tat richtig; während aber diese, ich möchte sagen: säkulare Abnahme des Kohlensäuregehaltes der Luft Millionen von Jahren beansprucht hat, so können wir für unsere geschichtlichen Zeiträume keine erkennbare Abnahme nachweisen. Wir können also mit dieser Einschränkung die Lehre vom Kreislauf des Kohlenstoffs wohl aufrechterhalten.

Der Kommerzienrat: Woher stammten denn jene großen Kohlensäuremengen?

Der Professor: Man vermutet, daß die ursprüngliche Atmosphäre hauptsächlich aus Kohlensäure und Stickstoff bestand, welche beiden Gase von der erkaltenden Erdmasse ausgehaucht wurden. Ob Sauerstoff schon dabei war, oder ob er erst durch Zersetzung der Kohlensäure gebildet wurde, ist nicht sicher entschieden.

Der Kommerzienrat: Aber wohin sind diese großen Kohlensäuremengen geraten?

Der Professor: Man vermutet, daß sie in den Kalkgebirgen stecken, deren Gestein aus kohlensaurem Kalk besteht. Diese Gebirge und ihr Material sind nämlich zweifellos erst nach jener Zeit entstanden, in welcher die Luft so reich an Kohlensäure war.

Der Kommerzienrat: Da müßte man also annehmen, daß auf der Erde ehemals gebrannter oder gelöschter Kalk vorhanden war, und daß dieser sich mit der Kohlensäure allmählich zu kohlensaurem Kalk verbunden hat?

Der Professor: O nein, das ist ganz anders vor sich gegangen. Die Kalkgebirge sind voll versteinerter Meerestiere; diese hätten niemals auf gebranntem oder gelöschtem Kalk leben können, weil diese Verbindung eine sehr scharfe, ätzende Base ist. Vielmehr weisen alle Umstände darauf hin, daß bei der Entstehung des Kalksteins dem Meer eine wichtige Rolle zukommt. Untersucht man irgendeine Art von Kalkstein oder Kreide unter dem Mikroskop, so erkennt man leicht, daß diese Stoffe ganz und gar aus den Kalkschalen winziger Pflanzen (Kalkalgen) und Tiere (Urtierchen) zusammengesetzt sind, die ohne Zweifel im Wasser gelebt haben.

Der Kommerzienrat: Zugegeben; aber diese Erklärung kann doch unmöglich für solche Kalkgesteine gelten, welche von hohen Berggipfeln, wie z. B. von der Zugspitze, stammen.

Der Professor: Wenn Sie vom Gipfel der Zugspitze ein Stück Wettersteinkalk abschlagen und mikroskopisch prüfen, so werden Sie erkennen, daß es nahezu gänzlich aus den Schalen zweier Kalkalgen, nämlich der Gattungen Gyroporella und Diplopora, zusammengesetzt ist.

Der Kommerzienrat: Also müßte auch der Gipfel der Zugspitze ehemals Meeresboden gewesen sein?

Der Professor: Dies ist ganz unbezweifelbar. Die Erhebung der Alpen ist als ein Faltungs- und Schrumpfungsvorgang der Erdrinde erst in sehr später Zeit (in der Tertiärzeit) erfolgt; es ist sogar möglich, daß in dieser Zeit bereits das jüngste aller irdischen Geschöpfe, der Mensch, vorhanden oder in der Entwicklung begriffen war. Vorher waren die Alpenlande ebener Boden, eingetrockneter Meeresboden. Und in dem Meer, das ehemals diesen Boden überdeckte, lebten und starben jene Kalkalgen in ungeheuren Mengen. Die toten sanken darin langsam zu Boden und verwesten; aber ihre Kalkschalen konnten nicht verwesen und bildeten einen tiefen und dicken Schlamm, aus welchem allmählich durch Austrocknung und Erhärtung der Kalkstein wurde.

Der Kommerzienrat: Dies klingt sehr wunderbar, ist aber immerhin verständlich. Aber wie soll ich mir vorstellen, daß die Kalkschalen der Algen sich mittels der Kohlensäure der Luft gebildet haben? Denn so war es doch, so soll doch der ehemals so große Kohlensäuregehalt der Luft sich vermindert haben?

Der Professor: Auch dieser Vorgang ist an lebenden Kalkalgen recht klar erforscht worden. Diese Kalkalgen können nur in einem Wasser leben, welches sogenannten doppeltkohlensauren Kalk gelöst enthält. Dies ist eine chemische Verbindung von kohlensaurem Kalk mit Kohlensäure; sie unterscheidet sich von kohlensaurem Kalk (der in Wasser unlöslich ist) durch ihre beträchtliche Löslichkeit. Die Kalkalgen nun, als Pflanzen, brauchen zu ihrer Ernährung Kohlensäure. Da sie nicht in der Luft leben, sondern im Wasser, so entziehen sie ihren Kohlensäurebedarf aus dem doppeltkohlensauren Kalk, welcher in ihrer wässerigen Umgebung gelöst ist. Dadurch verwandelt sich aber der lösliche doppeltkohlensaure Kalk in unlöslichen kohlensauren Kalk, der nun auf irgendeine Weise zum Vorschein kommen muß. Die allzeit erfinderische Natur verwendet ihn zum Bau steinerner Gehäuse und Stützgerüste: der Kalkschalen dieser Algen.

Der Kommerzienrat: Das ist freilich ein merkwürdiger Vorgang, auf den man durch bloßes Nachdenken nicht kommen kann. Nun fragt sich bloß, wie die Kohlensäure der Luft dazu kommt, als doppeltkohlensaurer Kalk in das Wasser einzutreten?

Der Professor: Diese Frage ist durch die Geologie recht zuverlässig beantwortet worden. Das Regenwasser löst beim Niederfallen um so mehr Kohlensäure auf, je kälter es ist und je reicher die Luft an Kohlensäure ist. Diese Lösung wirkt auf die meisten Gesteine zersetzend ein und entzieht ihnen langsam, aber sicher alle Basen, indem es diese in doppeltkohlensaure Salze verwandelt und in gelöster Form fortführt. Der Kalkgehalt unserer Kalkgebirge stammt also vermutlich aus den Urgneisen und vielleicht auch aus den älteren Graniten. Die Kohlensäure stammt aus der Luft.

Der Kommerzienrat: Wie kam aber die Kohlensäure in die Luft?

Der Professor: Sie ist ein Entgasungsprodukt der erkaltenden Erde. Noch heute strömt die Erde an allen Orten früherer vulkanischer Tätigkeit große Mengen von Kohlensäure aus (z. B. in der Eifel am Rhein). Da die vulkanischen Vorgänge in früheren Erdperioden viel stärker und weiter verbreitet waren, so muß dadurch auch viel mehr Kohlensäure in die Luft gekommen sein. Noch heute hält dieses aus der Erde kommende („juvenile“) Kohlensäuregas dem durch den Pflanzenwuchs verbrauchten das Gleichgewicht, so daß der Kohlensäuregehalt der Luft nicht merklich abnimmt.

Der Kommerzienrat: Da sollte man eigentlich erwarten, daß die Luft im Winter mehr Kohlensäure enthält als im Sommer, weil im Winter der Verbrauch durch die Pflanzen größtenteils wegfällt, während der Zustrom aus dem Erdinnern doch in gleicher Stärke weiter besteht.

Der Professor: Ihre Vermutung ist tatsächlich richtig (vgl. Jost, Pflanzenphysiologie, in Strasburgers Lehrbuch der Btanik, 11. Aufl., S. 186). In 10 000 Liter Luft sind im Winter 3,0 bis 3,6, im Sommer nur 2,7 bis 2,9 Liter Kohlensäure enthalten.

Der Kommerzienrat: Ich wundere mich jetzt geradezu, daß der Kohlensäuregehalt der Luft nicht fortwährend größer wird. Denn die von den Pflanzen verzehrte Luftkohlensäure gelangt doch, wenn die Pflanzen verwesen, wieder unvermindert in die Luft zurück; und die gewaltigen Kohlensäuremengen, welche der Erde entströmen, kommen doch hinzu.

Der Professor: Sie vergessen, daß der Kreislauf der Kohlensäure sich in einer Bahn vollzieht, welche, sozusagen, nicht ganz dicht hält. Sie hat zwei undichte Stellen, an welchen viel Kohlensäure aus dem Kreislauf nach außen sickert: die eine Stelle ist Ihnen schon bekannt, es ist die Bildung der Kalkgesteine aus dem Meeresbodenschlamm. Das andere Leck in der Bahn des Kreislaufs der Kohlensäure ist die Bildung der Kohlenlagerstätten der Erde. Hier verwandeln sich ungeheure Mengen von Pflanzensubstanz durch mangelhafte Verwesung in Torf, Braunkohle, Steinkohle, Anthrazit und Graphit und binden so eine Menge Kohlenstoff in der Erdrinde, der ehedem als Kohlensäuregas in der Luft war.

Der Kommerzienrat: Sie erwähnten vor einiger Zeit, daß der Sauerstoffgehalt der Luft möglicherweise auf jene großen Kohlensäuremengen zurückzuführen ist, welche früher in der Luft enthalten waren. Wie wäre dies zu erklären?

Der Professor: Wenn die Kohlensäure durch Kalkalgen gebunden und als Nahrung aufgenommen wurde, so muß eine entsprechende Menge von Sauerstoff von ihnen abgeschieden worden sein. Dieser Sauerstoff, das Verdauungsprodukt der kohlensäureverzehrenden Pflanzen, kann nur in die Luft entwichen sein.

Der Kommerzienrat: Freilich haben dieselben Pflanzen zum Zweck der Atmung Sauerstoff verbraucht und Kohlensäure abgeschieden. Aber anscheinend ist die Atmung der Pflanzen weniger rege als ihre Ernährung.

Der Professor: So ist es tatsächlich. Wohl werden durch die Atmung, namentlich durch die der Bodenbakterien, ungeheure Mengen Kohlensäuregas in die Luft geschickt; aber diese Mengen sind dennoch verschwindend klein im Verhältnis zu denjenigen, welche bei der Ernährung derselben Pflanzen verbraucht werden. Für die Bewegung des Sauerstoffs gilt natürlich dasselbe im umgekehrten Sinn: bei der Ernährung wird viel mehr Sauerstoff frei, als bei der Atmung verzehrt wird.

Der Kommerzienrat: Das Nebeneinanderbestehen dieser beiden Vorgänge, der Atmung und der Ernährung, mit ihren entgegengesetzt verlaufenden Stoffwechselprozessen erscheint einem doch recht unverständlich. Was hat es für einen Sinn, daß bei der Atmung einer Pflanze Kohlensäure entbunden wird, welche von derselben Pflanze zum Zweck der Ernährung wieder verbraucht wird?

Der Professor: Der Sinn dieser einander widersprechenden Vorgänge ist in den thermochemischen Beziehungen, also in den Bewegungen der Wärme bei diesen chemischen Prozessen, zu suchen. Der Ernährungsvorgang ist ein endothermischer Prozeß; bei der Spaltung der Kohlensäure wird Energie (in Form von Sonnenlicht) verbraucht. Der Atmungsvorgang ist dagegen ein exothermischer Prozeß, bei welchem Energie frei wird. Diese freiwerdende Energie wird von der Pflanze verbraucht, um ihre sämtlichen Bewegungen zu bestreiten, nämlich die Wachstumsbewegungen, das Aufrichten und Strecken, das Entrollen der Blätter aus den Knospen usw. Bewegungen erzeugen wir ja auch in den Maschinen durch freiwerdende Energie, z. B. in der Dampfmaschine durch die freiwerdende Wärme der brennenden Kohlen. Diese Wärme ist, nebenbei bemerkt, nichts anderes als die Energie des Sonnenlichts, welche in der Karbonzeit in den Blättern der Steinkohlenbäume die Kohlensäure in Kohlenstoff und Sauerstoff gespalten hat. Indem wir die Kohle verbrennen, gewinnen wir diese aufgestapelte Sonnenenergie als Wärme wieder.

Der Kommerzienrat: Wenn ich Sie also recht verstehe, so atmet die Pflanze nur, um dadurch Verbrennungsenergie für ihre Wachstumsbewegungen zu gewinnen?

Der Professor: Daß sie nur deshalb atmet, wäre wohl zu viel gesagt. Denn die Atmung wird, wie bei den Tieren, wohl auch die Reinigung des Körpers durch Oxydation unbrauchbarer Stoffe bewirken.

Der Kommerzienrat: Nach allem, was Sie soeben gesagt haben, könnte man wohl auch von einem Kreislauf der Wärme sprechen? Denn die Wärme, welche bei der Verbrennung der Kohlen an die Natur zurückgegeben wird, ist doch nichts anderes als die Sonnenenergie, welche ehemals die Kohlensäure in Kohlenstoff und Sauerstoff spaltete?

Der Professor: So ist es allerdings; aber die Bezeichnung „Kreislauf“ können wir für diesen Weg der Wärme doch nicht gut anwenden, weil diese Wärme nicht wieder an ihren ursprünglichen Platz (die Sonne) zurückgelangt. Nach dem bisherigen Stand unseres Wissens ist es ganz unmöglich, daß die Wärme von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übertragen wird. Diese Tatsache ist deshalb wichtig, weil die Umwandlung der Wärme in die Energie der Bewegung nach unseren Erfahrungen nur bei ihrem Übertritt von einem Körper auf einen anderen möglich ist. Also haben alle Bewegungen, welche wir überhaupt kennen, ihren letzten Ursprung darin, daß Wärme (und zwar verwandelte oder aufgespeicherte Sonnenwärme) von einem wärmeren auf einen kälteren Körper übergetreten ist.

Der Kommerzienrat: Meinen Sie damit auch z. B. die Bewegung eines Wasserrades im Fluß?

Der Professor: Ja. Das Wasserrad kann nur so lange getrieben werden, als das Wasser bergab läuft. Das Wasser läuft aber nur so lange bergab, als es durch Regengüsse aus den Wolken auf die Gipfel der Berge befördert wird. Es ist die Sonnenwärme, welche das zu Tal geflossene Wasser immer wieder in Dampf- und Dunstform auf Wolkenhöhen erhebt. Sie ist es also letzten Endes, welche das Wasserrad treibt.

Der Kommerzienrat: Wie ist es aber mit der Bewegung eines Elektromotors, in den ich elektrischen Strom sende? Das hat doch gewiß nichts mit der Sonnenwärme zu tun?

Der Professor: Doch insofern, als Sie Elektrizität auf keine andere Weise erzeugen können als durch Umwandlung aus Sonnenwärme: denn Sie müssen die Dynamo entweder mit Wasserkraft betreiben, deren Zusammenhang mit der Sonnenwärme wir soeben dargelegt haben; oder Sie verwenden Dampfmaschinen oder Gasmotoren, deren Energie aus der Kohle stammt, also wieder indirekt aus der Sonne. — Alle Energie stammt von der Sonne und ist in ihrer Entstehung an die Bedingung gebunden, daß die Sonne ihre Wärme an einen kälteren Körper abgibt; denn nur bei diesem Übergang können Umwandlungen in andere Energieformen erfolgen.

Der Kommerzienrat: Dann müßte also die Welt einmal zum Stillstand kommen, wenn alle Körper ihre Temperatur gegenseitig ausgeglichen haben, weil dann keine Wärme mehr von einem wärmeren auf einen kälteren Körper übertreten könnte. Widerspricht dies nicht dem Gesetz der Erhaltung der Energie? Denn die Wärme ist dann doch in der Welt noch vorhanden, nur ist sie nicht mehr in Arbeit umwandelbar.

Der Professor: Der Streit über diese Frage (des Physikers Boltzmann), ob die Welt am „Wärmetod“ zugrunde gehen wird oder nicht, ist auch unter den Gelehrten noch nicht entschieden. Für uns ist sie deshalb nicht gerade aktuell, weil der Sonnenball ein so ungeheures Reservoir von Energie darstellt, daß das Menschengeschlecht keine „Energieteuerung“ erleben wird.