II процесс, проходящий в экосистемах: Разложение

В биологии под разложением (распадом, деструкцией) понимается процесс превращения сложных высокомолекулярных соединений в более простые. Деструкции подвергаются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, гормоны и другие органические соединения.

Биохимическая формулировка: Разложение — биологическое окисление, идущее с выделением энергии в той или иной форме.

В биосфере процесс продуцирования и разложения в целом взаимно уравновешивают друг друга. В отдельные исторические периоды развития Земли продуцирование превышало разложение и из этого органического вещества возникло большинство полезных ископаемых (нефть, газ, уголь, торф, известняки). В современных условиях превышение продуцирования над разложением не превышает 1%, в том числе в цикле углерода — 0,1%. Организмы-деструкторы, составляющие менее 1% от суммарной биомассы живых организмов, перерабатывают биомассу органического вещества в 10 раз превосходящую их собственную массу. Средний период обновления всей биомассы 12,5 года.

К процессам распада органического вещества относят тканевое дыхание, окисление, гниение. Если учитывать потребность в кислороде для распада, то можно выделить несколько типов этого процесса:

1. Аэробное дыхание идет в присутствии кислорода; синтезированное органическое вещество вновь разлагается до СО₂, Н ₂О, NH₃. Таким образом получает энергию большинство живых организмов.

2. Анаэробное дыхание идет без участия газообразного кислорода, также до СО₂ и Н ₂О. Процесс свойственен многим сапрофагам, но может идти в тканях высших животных.

3. Брожение — процесс, идущий без участия газообразного кислорода, но конечными продуктами являются различные органические соединения: молочная кислота, этиловый спирт, масляная, щавеле-уксусная кислоты.

При анаэробном дыхании и брожении количество освобожденной энергии намного меньше, чем при дыхании аэробном. Многие грибы способны и к аэробному и анаэробному дыханию в зависимости от наличия или отсутствия кислорода в среде.

В живой природе и отдельных экосистемах процесс разложения может идти в нескольких этапах:

1. Разложение мертвого органического вещества в результате длительно физического воздействия — горения, оттаивания, размораживания, размыва, ветрового переноса.

2. Высвобождение растворенного органического вещества.

3. Сравнительно быстрое образование гумуса и высвобождение дополнительных количеств веществ.

4. Медленная минерализация гумуса.

Такая последовательность обусловлена тем, что ни один вид организмов-сапрофитов не способен осуществлять полное разложение отмерших остатков, оно осуществляется последовательно, различными видами микроорганизмов при участии некоторых физических факторов.

Не все компоненты растений и животных разлагаются с одинаковой скоростью. Быстрее процесс осуществляется для белков, медленнее для жиров и углеводов, еще медленнее для растительной клетчатки. Для разложения хитина, волос, костей животных требуется несколько месяцев.

Детрит (совокупность мелких частиц) гумусного вещества и другие органические вещества, возникающие в процессе разложения, играют важную роль в формировании плодородия почв. Их присутствие придает почвам структуру и состав благоприятный для роста растений. Многие органические соединения образуют комплексы с минеральными питательными веществами, что облегчает усвоение их растениями. Значительную роль в процессах разложения кроме микроорганизмов играют мелкие животные — фаготрофы, питающиеся микрофлорой, развивающейся на мертвом материале. Например, они ускоряют распад растительных остатков следующими путями:

1 путь: измельчение детрита, тем самым увеличивая поверхность, доступную для микроорганизмов.

2 путь: вводя в среду белки или биологически активные вещества, стимулирующие рост микроорганизмов.

3 путь: выедая часть бактерий и грибов, они стимулируют рост и метаболическую активность микробных популяций.

Исследования показали, что процесс разложения сопровождается наличием еще одного процесса, жизненно важного для экосистем и всех живых организмов: выделение сапрофитами в среду определенных веществ, которые сильно влияют на рост других организмов, также биологически активные вещества называют «наружными гормонами» — экзоклинами или экзометаболитами. Эти вещества могут быть ингибиторами роста и развития (пенициллин), так и стимуляторами (витамин В₂ — тиамин, В₁₂ — цианкобаламин, Н — биотин).

Разложение органических веществ сложный длительный, но жизненно необходимый процесс для экосистем и биосферы. Живые организмы не выжили бы без примитивных микробов, выполняющих почти все биохимические превращения, разложения органических веществ.

В результате разложения:

1. возвращаются в круговорот потенциальные элементы питания, находящиеся в мертвом органическом веществе.

2. производится пища для последовательного ряда организмов в детритных пищевых цепях.

3. синтезируется и выделяется в среду экзометаболиты.

4. образуются комплексы между органическими и минеральными веществами, что облегчает питание растений.

5. преобразуются инертные вещества Земной поверхности, что приводит к образованию уникальных природных ресурсов — плодородных почв.

6. осуществляется процесс биологического самоочищения во всех природных средах.