Was bedeutet anaerob, Was sind Anaerobier: Definition und Bedeutung

Anaerobie (altgriechisch: aer = Luft, bios = Leben) bezeichnet das Leben bzw. die Lebensprozesse ohne Sauerstoff. Das Adjektiv anaerob beschreibt demnach Stoffwechselprozesse, welche ohne Sauerstoff bzw. Oxidation stattfinden können. Ein Beispiel dafür ist die Gärung. Einige Lebewesen können gänzlich ohne oder mit nur sehr wenig Sauerstoff ihren Stoffwechsel aufrechthalten und werden deshalb als Anaerobier bzw. Anaerobionten bezeichnet. Für etliche Anaerobier ist Sauerstoff sogar tödlich. Auch der Mensch betreibt eine Form der anaeroben Zellatmung.

Als Anaerobier werden in der Biologie Lebewesen bezeichnet, die ihre Energie ohne die Beteiligung von Sauerstoff gewinnen. Für etliche Anaerobier ist Sauerstoff sogar tödlich. Auch der Mensch kennt eine Form der anaeroben Zellatmung.

Anaerobier und Anaerobie: Leben ohne Sauerstoff

Unter Anaerobie versteht man biologisches Leben, das ohne Sauerstoff (O₂) geschieht. Das ist auf der Erde sehr selten und kommt fast ausschließlich bei Mikroorganismen vor. Mikroorganismen und andere Lebewesen, die für ihren Stoffwechsel zwingend Sauerstoff benötigen- so wie der Mensch – werden Aerobier genannt. Aerobe Prozesse sind demnach das Gegenstück zu Anaerobie.

Zu den anaeroben Lebewesen zählen Bakterien und Archaeen (Urbakterien). Für diese Lebewesen ist Sauerstoff oft toxisch. Die Biologie unterscheidet drei verschiedene Arten Anaerobier:

• Fakultative Anaerobier können mit und ohne Sauerstoff in der Umgebung überleben und atmen ihn teilweise auch.
• Aerotolerante Anaerobier überleben in sauerstoffhaltiger Umgebung, atmen ihn aber nicht.
• Obligate Anaerobier sterben in der Gegenwart von Sauerstoff ab.

Die Gründe für diese unterschiedlichen Reaktionen auf Sauerstoff liegen in der Verteilung oder dem Fehlen bestimmter Stoffe, die für die Umwandlung von Sauerstoff notwendig sind (Enzyme wie die Superoxid-Dismutase, Katalase und Peroxidase).

Wundbakterien, die zu den obligaten Anaerobiern zählen, sterben ab, sobald Luft an die Wunde gelangt. Wird eine Verletzung abgedeckt, gedeihen solche Keime dagegen wunderbar und führen mitunter zu schlimmen Infektionen und Eiterungen.

Lebensräume, in denen kein Sauerstoff enthalten ist, werden als anoxisch oder auch anaerob bezeichnet. Sauerstoff enthaltende Habitate sind dagegen oxisch oder auch aerob.

Wie gewinnen Anaerobier Energie?

Typische Merkmale für biologisches Leben auf diesem Planeten sind:

• Stoffwechsel, wobei die Energiegewinnung aus Nahrung und Sauerstoff herrührt
• Ausscheidung
• Organismen, welche auf der Basis von Wasser überleben.

Unter „Leben“ versteht die Biologie weiterhin Systeme, die sich als materielle Gebilde organisieren und weitestgehend selbstregulierend sind. Neben dem Energie- und Stoffwechsel sind die Fortpflanzungsfähigkeit, Wachstum und eine aktive Interaktion mit der Umwelt weitere Merkmale von Leben. Somit müssen auch Anaerobier Energie gewinnen, um als biologische Lebensform zu gelten, welche sie dann ins Wachstum, Entwicklung, Fortpflanzung oder Bewegung investieren. Dazu nutzen diese Lebewesen zwei verschiedene Arten der Elektronenübertragung:

• Anaerobe Respiration (Atmung): Energiegewinnung durch Elektronenübertragungen mit anorganischen Verbindungen wie Eisen, Nitrat, Sulfat und weitere.
• Fermentation: Energiegewinnung aus Elektronenübertragung mit anderen organische Verbindungen wie beispielsweise CO₂.

Da die Energieausbeute dieser Prozesse verglichen mit der Atmung von Sauerstoff deutlich geringer ausfällt, können Anaerobier weniger Energie ins Wachstum investieren, weshalb die meisten anaeroben Bakterien nur sehr langsam wachsen. In dieser Form der Energiegewinnung liegt sicher auch der Grund, weswegen Anaerobier nur im Bereich der Mikroorganismen vorkommen und bis auf wenige Ausnahmen keine größeren Lebensformen bilden.

Anaerobe Zellatmung

Die Zellatmung ist der innere Teil des Atemsystems im Vergleich zur äußeren Atmung (über Mund, obere Atemwege und Lungen aufgenommene Luft). In den Zellen laufen biochemischen Prozess ab, bei denen organische Stoffe (aus der Nahrung) mithilfe von Sauerstoff verändert (oxidiert) werden. Auf diese Weise lösen die Zellen die in den Stoffen gespeicherte Energie heraus, die der Körper in Form von Wärme und Kraft nutzt und verbraucht.

Zunächst bilden die Zellen einen Stoff namens Adenosintriphosphat (ATP) her. ATP ist der wichtigste Speicher und Überträger von Energie innerhalb von Lebewesen.

Im Zuge der Umwandlung fällt bei der aeroben Atmung Kohlendioxid (CO₂) an, das bei Säugetieren und Menschen über das Blut und die Lunge wieder ausgeschieden (ausgeatmet) wird.

Bei der anaeroben Zellatmung werden Elektronen aus einem Brennstoffmolekül (anstelle von Sauerstoff) herausgelöst und so Adenosintriphosphat hergestellt. Dazu dienen auch mineralische Elemente oder Gase.

Beispiele für anaerobe Lebewesen

Zu den Anaerobier zählen fast ausschließlich Mikroorganismen wie Bakterien. In der Biologie werden sie nach verschiedenen Aspekten klassifiziert. Eine davon ist die Sporenbildung (asexuelle Form der Fortpflanzung):

• sporenbildende Bakterien
• sporenlose Bakterien.

Sporenbildende anaerobe Bakterien

• Clostridium perfringens ist der wichtigste Erreger des Gasbrandes, der als Folge von großflächigen Verletzungen auftritt und kann darüber hinaus Lebensmittelvergiftungen auslösen.
• Clostridium tetani ist der recht weit verbreitete Auslöser von Tetanus (Wundstarrkrampf).
• Clostridium botulinum produziert ein starkes Nervengift namens Botulinumtoxin.

Sporenlose anaerobe Bakterien

• Prevotella Bakterien leben natürlich im Darm der Menschen und werden nur bei rasanter Zunahme problematisch.
• Peptostreptokokken sind Teil der Darmflora, der Vaginalflora und der Atemwege des Menschen.
• Propionibakterien sind Bestandteil der natürlichen Bakterienflora der menschlichen Hautflora. In der Nähe von Talg- und Schweißdrüsen sind sie an Gärprozessen beteiligt (Fußgeruch, Schweißgeruch).

Größere Anaerobier

Derzeit ist der Lachsparasit Henneguya zschokkei, aus der Gruppe der Myxozoa (Tierstamm: Nesseltiere), das einzige bekannte mehrzellige Lebewesen, das seine Energie ohne Mitochondrien und Sauerstoff produziert. Der Parasit verfügt über 10 Zellen und ist im Gewebe der Lachse als weißer Punkt erkennbar.

Symbiosen von Tieren mit Anaerobiern

Es gibt einige einfache Tierarten, die durch gewinnbringende Verbindungen mit anaeroben Bakterien in sauerstofffreien (anoxischen) Umfeldern überleben können. Dazu zählen kleine Wurmarten (Turbellarien), Ringelwürmer und Bandwürmer, die im Darm von Wirtstieren siedeln.

Anaerobe Energiegewinnung beim Menschen

Auch Menschen und andere Säugetiere können auf anaerobe Weise Energie erzeugen, um Leistungsspitzen und Extremsituationen auszugleichen. Reicht der Sauerstoff für geforderte Leistungen nicht aus, nutzt auch der Mensch anaerob erzeugte Energie, um weiter leben zu können. Spitzensportler oder Extremsportler wie Apnoetaucher, die ohne Sauerstoff in große Tiefen tauchen, lernen diese Art der Energiegewinnung für sich optimal zu nutzen.

Allerdings hinterlässt diese Form der Energiegewinnung einen Stoff, der in reichlicher Menge dem Körper schadet: Laktat, ein Salz der Milchsäure, reichert sich im Gewebe an und übersäuert die Muskeln und schließlich den ganzen Organismus. Dennoch kann durch die Produktion des Laktats, welches während des Milchsäurezyklus entsteht, schnell Energie gewonnen werden, sobald der Sauerstoff nicht ausreicht. Früher nahm man an, dass Muskelkater dadurch entsteht, dass das Laktat wieder abgebaut werden muss. Heute existiert die Hypothese, dass der Muskelkater aufgrund von Rissen in den Muskeln entsteht, welche als Folge der intensiven Belastung auftreten. Noch ist die Ursache des Muskelkaters nicht eindeutig geklärt.

Wichtig ist…
Der anerobe Energiestoffwechsel beim Menschen ist von der Natur wirklich nur zur Überbrückung gedacht. Wenn Menschen aus der Puste kommen oder der Körper nach Luft zieht, steht der Organismus an der Schwelle zur anaeroben Atmung. Zuerst versucht der Organismus noch durch eine Erweiterung von Gefäßen mehr Sauerstoff umzusetzen. Dadurch nimmt die Durchblutung zu. Bringen diese Maßnahmen nicht mehr Luft ins System, beginnt der Körper über eine Milchsäuregärung Glukose in Laktat und Adenosintriphosphat (ATP) umzuwandeln.

Zur ATP-Gewinnung nutzt der Organismus vorzugsweise Kohlenhydrate, wobei diese Form der Energiegewinnung auch mit Eiweißen und Fetten funktioniert. Und normalerweise durchläuft der Körper bei aeroben Stoffwechsel, welcher bei keiner und mittlerer Belastung stattfindet, den Glykolyseprozess – bei der Fette, Proteine und Kohlenhydrate in Einfachzucker umgewandelt werden – um daraus, mit Hilfe des Sauerstoffs, Energie zu gewinnen. Bei hoher Belastung reicht der Sauerstoff nicht und der Körper stellt sich auf einen anaeroben Stoffwechsel um. Dabei wird Glucose immer noch abgebaut, allerdings zu Lactat gewandelt.

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