Der Biomasse-Kreislauf

Die so genannte Biomasse Als Biomasse wird die Gesamtheit der Masse an organischem Material (lebende, tote und zersetzte Organismen) in einem Lebensraum bezeichnet, die bezeichnet die Gesamtheit der Masse an organischem Material in einem Ökosystem, die biochemisch synthetisiert wurde. Sie beinhaltet somit die Masse aller Lebewesen und abgestorbenen Organismen sowie organischen Stoffwechselprodukte.

Mikroorganismen Mikroorganismen stellen die Wurzel des „Stammbaums des Lebens“ auf der Erde dar. Sie produzieren etwa zwei Drittel der gesamten Biomasse beeinflussen in hohem Maße den Kreislauf der Biomasse in der Natur. Von den so genannten Primärproduzenten werden unter Zuhilfenahme der Sonnenenergie aus Kohlendioxid organische Verbindungen gebildet. Diese dienen den Konsumenten als Nährstoffe Nährstoffe dürfen weder mit den Begriffen Nährboden oder Nährmedien verwechselt werden. Mit Nährstoffe werden die Partikel bezeichnet, die sich als . Der Abbau der so entstandenen Biomasse zu Kohlendioxid, Wasser und anorganischen Salzen wird als Mineralisierung bezeichnet. Diese schließt den Biomasse-Kreislauf Mikroorganismen beeinflussen in hohem Maße den Kreislauf der Biomasse in der Natur. Von den so genannten Primärproduzenten werden unter Zuhilfenahme durch die erneute Bereitstellung der Ausgangssubstrate für die Primärproduzenten ein. Da die meisten biologischen Moleküle aus langen Ketten von gleichen oder ähnlichen Bausteinen bestehen, bezeichnet man diese Biomoleküle deshalb auch als Polymere. Am Anfang der Abbauprozesse stehen die Depolymerisierung von Polysacchariden, Lignin Lignin ist neben Cellulose und Hemicellulose einer der Hauptbestandteile der Zellwand höherer Pflanzen. Mengenmäßig handelt es sich bei diesem Polymer , Proteinen und Nucleinsäuren sowie der Fettabbau. Für die Elemente Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor gibt es entsprechende Kreisläufe, in denen anorganische und organische Verbindungen von verschiedenen Organismen ineinander umgewandelt werden. Zum Teil sind diese auch noch miteinander verknüpft.¹

Die Elemente Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor unterliegen in der Natur Kreisläufen, die auf geochemische Prozesse, in besonderem Maße aber auch auf der Aktivität der Lebewesen selbst, beruhen. Neben Wasserstoff und Sauerstoff bilden dabei Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor die Hauptbestandteile der Biomasse. Unter den Primärproduzenten der Biomasse werden die Organismen verstanden, die eine oxygene Photosynthese Die Photosynthese ist eine Stoffwechselreaktion chlorophyllhaltiger Organismen (grüne Pflanzen sowie einige Bakterien und Algen), bei der organische Verbindungen aus anorganischen betreiben. Hierzu zählen die meisten Pflanzen, aber auch Algen Algen stellen keine systematische Bezeichnung dar und sind pflanzenartige Lebewesen, die aber nicht den Pflanzen zugeordnet werden können. Sie umfassen und die prokaryotischen Cyanobakterien Cyanobakterien wurden früher auch als Blaualgen bezeichnet. Es handelt sich um eine Gruppe einzelliger, photosynthetisch aktiver Lebewesen, die weder einen . Diese Mikroorganismen bilden mit Hilfe der Sonnenenergie organische Kohlenstoffverbindungen aus dem Kohlendioxid der Luft und können so alle funktionellen und strukturellen Bestandteile ihrer Zellen aufbauen.¹

Die von den Primärproduzenten gebildete Biomasse dient allen chemoheterotrophen Organismen als Nahrung. Hierbei handelt es sich um Organismen, die auf Körpersubstanz oder Stoffwechselprodukte anderer Organismen angewiesen sind. Diese werden auch als Konsumenten bezeichnet und umfassen alle Tiere und den Menschen sowie einen Großteil der Mikroorganismen. Dieser Abbau, der von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen gebildeten Biomasse zu Kohlendioxid, Wasser und den anorganischen Salzen wie z. B. Nitrat, Sulfat und Phosphat, wird von chemoheterotrophen Mikroorganismen wie Bakterien Der Begriff Bakterien (Bacteria) ist aus dem altgriechischem (bakterion = Stäbchen) abgeleitet und wird in der Mikrobiologie traditionell für alle , Pilzen und Protozoen Protozoen ist die Sammelbezeichnung für tierartige Einzeller, von denen manche Arten auch Kolonien bilden. Nach der zoologischen Klassifikation in der durchgeführt.¹

Biomasse-Kreislauf: die Primärproduzenten bilden mit Hilfe der Sonnenenergie organische Kohlenstoffverbindungen, die pflanzliche Biomasse. Die Konsumenten ernähren sich von dieser Biomasse und bilden tierische und mikrobielle Biomasse. Die Destruenten Die Tatsache, dass die Erde nicht über und über mit toter Vegetation, Ausscheidungsprodukten und Tierleichen bedeckt ist, verdanken wir den mineralisieren einen Teil der von den Primärproduzenten gebildeten Biomasse sowie die von den Konsumenten gebildete Biomasse und stellen somit die Ausgangsverbindungen für die Primärproduktion wieder zur Verfügung.¹

Die von den Primärproduzenten und Konsumenten gebildete Biomasse besteht in erster Linie aus hochpolymerem organischem Material und nur in geringem Maße aus niedermolekularen organischen Verbindungen. Während die Zellsubstanz z. B. höherer Pflanzen zum größten Teil aus Zellulose, Lignin und Hemizellulosen besteht, überwiegen in der tierischen Zellsubstanz Proteine, also Polymere, die aus Aminosäuren Aminosäuren sind Carbonsäuren, bei denen an Kohlenstoff gebundene Wasserstoffatome durch eine Aminogruppe ausgetauscht wurden. Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine. zusammengesetzt sind. Dies ist besonders erwähnenswert, da die großen Polymere der Biomasse von den Destruenten nicht verstoffwechselt werden können. Für die Mineralisation Siehe Destruenten. der Biomasse müssen deshalb die Organismen im ersten Schritt die Polymere in kleinere Einheiten (so genannte Mono- und Oligomere) zerlegen. In der Geschwindigkeit, mit der die Mikroorganismen die unterschiedlichen Polymere zerlegen können, bestehen deutliche Unterschiede. Während z. B. einige Proteine nur innerhalb weniger Stunden vollständig abgebaut werden können, kann dieser Prozess bei Lignin oder tierischem Haar je nach vorliegenden Bedingungen (z. B. pH-Wert Mit dieser Maßzahl wird die Stärke einer Säure oder Lauge bezeichnet, d. h. der pH-Wert sagt aus, wie sauer bzw. , Sauerstoffkonzentration u. a.) einige Jahrhunderte dauern.¹

Im Laufe der Zeit hat sich der Mensch bei zahlreichen landwirtschaftlichen und industriellen Prozessen die Fähigkeiten der Mikroorganismen zu Nutze gemacht. Dabei werden entweder ganze Zellen verwendet oder nur bestimmte Biosyntheseleistungen eingesetzt, die von speziellen Mikroorganismen durchgeführt werden. Für die Entwicklung der Biotechnologie Die Biotechnologie ist sicherlich einer der Zukunftsmärkte mit gewaltigem Wachstumspotenzial. Sie umfasst die Gesamtheit der Prozesse der Nutzung lebender Materie sind ständig wachsende Erkenntnisse über Eigenschaften, Wachstumsbedürfnisse und Stoffwechselprozesse verschiedener Mikroorganismen sowie technische Fortschritte, die bei der Züchtung und Handhabung großer Mengen von Mikroorganismen unter sterilen Bedingungen sowie bei der anschließenden Reinigung des gewünschten Endproduktes erzielt werden, essenziell. Der Bereich mit der längsten Tradition in der Biotechnologie ist die Herstellung von Lebensmitteln mit Hilfe von Mikroorganismen. Die für die Herstellung benötigten Mikroorganismen sind speziell für diesen Einsatzzweck optimierte Stämme. Die ältesten und bekanntesten medizinischen Produkte, die von Mikroorganismen produziert werden, sind Antibiotika Seit den späten 1940-er Jahren werden Antibiotika in zunehmendem Maße zur gezielten Therapie von Infektionskrankheiten eingesetzt. Das erste Antibiotikum, das , die von Schimmelpilzen (z. B. Penicillium chrysogenum Die beiden Schimmelpilze Penicillium chrysogenum und Penicillium notatum liefern die Kulturstämme für die Penicillin-Produktion. Daneben können die Mykotoxine Ochratoxin A, ) und verschiedenen Bakterienarten (z. B. Bacillus Bacillusarten bilden Sporen, die einen charakteristischen „muffigen“ Geruch aufweisen. Sie können durch ihre Fähigkeit, Sporen zu bilden, auch in trockener - oder Streptomyces Streptomyces ist ein Bakterium, das zur Ordnung Actinomycetales gehört. Es bildet bei Zuwachs ein Netzwerk (Myzel) und ist in dieser -Stämme) ausgeschieden werden.

¹Munk in „Grundstudium Mikrobiologie Die Mikrobiologie ist ein Teilgebiet der Biologie und beschäftigt sich mit den Mikroorganismen, den kleinsten Lebewesen der Erde. Sie beschreibt “ (Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg)