Experiment zu Sauerstoffproduktion: Man nehme 40 Kilogramm Spinat

Auch wenn der Mars schon als Ersatzplanet gehandelt wird, es gibt einen entscheidenden Unterschied zur Erde: der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre. Und der ist lebenswichtig für den Menschen. Schon in der Grundschule lernen Kinder, wie Pflanzen durch Fotosynthese die Lichtenergie der Sonne speichern und Sauerstoff produzieren. Tatsächlich war bis vor Kurzem aber nicht klar, wie genau alle Schritte dieser Sauerstoffproduktion ablaufen.

Jetzt ist es einem Team der Freien Universität (FU) und der italienischen Universität L’Aquila in einem Experiment gelungen, die exakte Bewegungen der Elektronen und Atome in der fotosynthetischen Sauerstoffbildung nachzuempfinden. 15 Jahre hatte sich die Forschergruppe um den Physiker Holger Dau von der FU und seinem italienischen Fach-Kollegen Leonardo Guidoni auf die Durchführung vorbereitet.

Das Experiment klingt zunächst nach einem merkwürdigen Rezept: 40 Kilogramm Spinat benötigten die Wissenschaftler:innen. Aus dem entnahmen sie bestimmte Partikel, die sie für sieben Monate mit Lichtblitzen durchleuchteten. Mithilfe von Infrarotsignalen konnte so die Bewegung von 600.000 Atomen aufgezeichnet werden – mehrere Terabyte Daten.

Die Erkenntnisse des Experiments sind nicht nur für ein tieferes Verständnis der Fotosynthese hilfreich. Dau betont die Verbindung zur Produktion von nachhaltigem Wasserstoff und anderen erneuerbaren Brennstoffen: Wie bei dem nun entschlüsselten biologischen Prozess sei auch hier die Wasserspaltung zentral.  „Nun können gezielt edelmetallfreie Materialien entwickelt werden, bei denen die gekoppelte Bewegung der Elektronen und Protonen minimale Energieverluste ermöglicht“, sagt der Physiker. Clara Dünkler