Разложение - Decomposition

Гнилое яблоко после падения с дерева

Разложение упавшего бревна медсестры в лесу

Разложение - это процесс, при котором мертвые органические вещества распадаются на более простые органические или неорганические вещества, такие как углекислый газ , вода , простые сахара и минеральные соли. Этот процесс является частью цикла питательных веществ и необходим для повторного использования конечного вещества, занимающего физическое пространство в биосфере . Тела живых организмов начинают разлагаться вскоре после смерти . Животные, такие как черви, также помогают разлагать органические вещества. Организмы, которые это делают, известны как разлагатели . Хотя нет двух организмов разлагающихся одинаково, все они проходят одни и те же последовательные стадии разложения. Наука, изучающая разложение, обычно называется тафономией от греческого слова taphos , что означает гробница. Разложение также может быть постепенным процессом для организмов с длительными периодами покоя.

Можно отличить абиотическое вещество от биотического ( биодеградация ). Первый означает «разложение вещества химическими или физическими процессами, например гидролизом . Второе означает« метаболическое разложение материалов на более простые компоненты живыми организмами », обычно микроорганизмами.

Разложение животных

Муравьи едят мертвую змею

Разложение начинается в момент смерти, что вызвано двумя факторами: 1.) автолизом , разрушением тканей собственными внутренними химическими веществами и ферментами организма , и 2.) гниением , разрушением тканей бактериями . В результате этих процессов выделяются такие соединения, как кадаверин и путресцин , которые являются главным источником явно гнилостного запаха разлагающихся тканей животных.

Основными разложителями являются бактерии или грибы , хотя более крупные поглотители также играют важную роль в разложении, если организм доступен для насекомых , клещей и других животных. Наиболее важными членистоногими, которые участвуют в этом процессе, являются жуки-падальщики , клещи, мясные мухи (Sarcophagidae) и мясные мухи ( Calliphoridae ), такие как зеленые бутылочные мухи, встречающиеся летом. В Северной Америке наиболее важными животными, не являющимися насекомыми, которые обычно участвуют в этом процессе, являются млекопитающие и падальщики птиц, такие как койоты , собаки , волки , лисы , крысы , вороны и стервятники . Некоторые из этих падальщиков также удаляют и разбрасывают кости, которые они проглатывают позже. В водной и морской среде есть разлагающие агенты, в том числе бактерии, рыба, ракообразные, личинки мух и другие падальщики.

Этапы разложения

Для описания процесса разложения у позвоночных животных используются пять общих стадий: свежий, вздутый, активный гниль, прогрессирующий гниение и сухие остатки. Общие стадии разложения сочетаются с двумя стадиями химического разложения: автолизом и гниением . Эти две стадии способствуют химическому процессу разложения , в результате которого разрушаются основные компоненты тела. Со смертью микробиом живого организма разрушается, а за ним следует некробиом, который со временем претерпевает предсказуемые изменения.

Свежий

У тех животных, у которых есть сердце, «свежая» стадия начинается сразу после того, как сердце перестает биться. С момента смерти тело начинает охлаждаться или нагреваться, чтобы соответствовать температуре окружающей среды, во время стадии, называемой algor mortis . Вскоре после смерти, в течение трех-шести часов, мышечные ткани становятся жесткими и неспособными расслабиться во время стадии, называемой трупным окоченением . Поскольку кровь больше не прокачивается через тело, сила тяжести заставляет ее стекать в зависимые части тела, создавая общее голубовато-пурпурное изменение цвета, называемое livor mortis или, чаще, синюшность. В зависимости от положения тела эти части могут различаться. Например, если человек в момент смерти лежал на спине, кровь собиралась в тех частях, которые касались земли. Если человек висел, он собирался в кончиках пальцев рук, ног и в мочках ушей.

Когда сердце останавливается, кровь больше не может поставлять кислород или удалять углекислый газ из тканей. Результирующее снижение pH и другие химические изменения заставляют клетки терять свою структурную целостность , вызывая высвобождение клеточных ферментов, способных инициировать разрушение окружающих клеток и тканей. Этот процесс известен как автолиз .

Видимые изменения, вызванные разложением, ограничены на свежем этапе, хотя автолиз может вызвать появление волдырей на поверхности кожи.

Небольшое количество кислорода, остающегося в организме, быстро истощается в результате клеточного метаболизма, а аэробные микробы естественным образом присутствуют в дыхательных и желудочно-кишечных трактах, создавая идеальную среду для размножения анаэробных организмов . Они размножаются, потребляя углеводы , липиды и белки организма , чтобы производить различные вещества, включая пропионовую кислоту , молочную кислоту , метан , сероводород и аммиак . Процесс размножения микробов в организме называется гниением и приводит ко второй стадии разложения, известной как вздутие живота.

Мухи и мясные мухи - первые падали, которые прибывают сюда , и они ищут подходящее место для откладки яиц .

Раздувание

Стадия вздутия живота является первым четким визуальным признаком того, что происходит размножение микробов. На этой стадии происходит анаэробный метаболизм, приводящий к накоплению газов, таких как сероводород , диоксид углерода , метан и азот . Скопление газов в полости тела вызывает вздутие живота и придает трупу общий вздутый вид. Выделяемые газы также вызывают вспенивание естественных жидкостей и разжижающих тканей. Когда давление газов внутри тела увеличивается, жидкости вынуждены выходить из естественных отверстий, таких как нос, рот и анус, и попадать в окружающую среду. Повышение давления в сочетании с потерей целостности кожи также может привести к разрыву тела.

Кишечные анаэробные бактерии превращают гемоглобин в сульфгемоглобин и другие цветные пигменты. Попутные газы, которые накапливаются в организме в это время, помогают транспортировать сульфгемоглобин по всему телу через кровеносную и лимфатическую системы , придавая телу общий мраморный вид.

Если у насекомых есть доступ, личинки вылупляются и начинают питаться тканями тела. Активность личинки, обычно ограниченная естественными отверстиями и массами под кожей, вызывает скольжение кожи и отслоение волос от кожи. Питание личинками и скопление газов в организме в конечном итоге приводит к посмертным разрывам кожи, которые затем позволяют выводить газы и жидкости в окружающую среду. Разрывы в коже позволяют кислороду повторно поступать в организм и обеспечивать большую площадь поверхности для развития личинок мух и активности аэробных микроорганизмов. Очистка от газов и жидкостей приводит к появлению сильных запахов, связанных с гниением.

Активный распад

Активный распад характеризуется периодом наибольшей потери массы. Эта потеря происходит в результате как ненасытного кормления личинок, так и выброса жидкостей разложения в окружающую среду. Очищенные жидкости накапливаются вокруг тела и создают островок разложения трупа (CDI). За это время становится очевидным разжижение тканей и распад, и сильные запахи сохраняются. Об окончании активного распада сигнализирует миграция личинок от тела для окукливания.

Расширенный распад

Во время прогрессирующего разложения разложение в значительной степени замедляется из-за потери легкодоступного трупного материала. На этом этапе также снижается активность насекомых. Когда туша находится на земле, область вокруг него будет показать свидетельство вегетационной смерти. CDI, окружающий тушу, будет показывать увеличение содержания углерода в почве и питательных веществ, таких как фосфор , калий , кальций и магний ; изменение pH; и значительное увеличение содержания азота в почве .

Сухой / остается

Во время стадии высыхания / остатков может произойти возобновление роста растений вокруг CDI, что является признаком того, что питательные вещества, присутствующие в окружающей почве, еще не вернулись к своему нормальному уровню. Все, что осталось от трупа на этом этапе, - это сухая кожа, хрящи и кости , которые станут сухими и обесцвеченными, если подвергнуться воздействию элементов. Если из трупа удаляются все мягкие ткани, он считается полностью скелетированным , а если обнажены только части костей, это называется частично скелетированным.

Туша свиньи на разных стадиях разложения: Свежая> Вздутие> Активная гниль> Глубокая гниль> Сухие остатки

Факторы, влияющие на разложение тел

Воздействие элементов

Мертвое тело, подвергшееся воздействию открытых элементов, таких как вода и воздух, разлагается быстрее и привлекает гораздо больше активности насекомых, чем тело, захороненное или заключенное в специальные защитные приспособления или артефакты. Отчасти это связано с ограниченным количеством насекомых, которые могут проникнуть в гроб, и более низкими температурами под почвой.

На скорость и способ разложения в организме животного сильно влияют несколько факторов. В примерно нисходящей степени важности это:

• Температура ;
• Наличие кислорода ;
• Предварительное бальзамирование ;
• Причина смерти ;
• Захоронение , глубина залегания и тип почвы;
• Доступ падальщиками ;
• Травмы , в том числе ранения и сокрушительные удары;
• Влажность или сырость;
• Осадки ;
• Размер и вес тела;
• Состав;
• Одежда ;
• Поверхность, на которую опирается тело;
• Продукты / предметы внутри пищеварительного тракта образца (бекон по сравнению с салатом).

Скорость разложения сильно различается. Такие факторы, как температура, влажность и время смерти, определяют, насколько быстро свежее тело скелетируется или мумифицируется. Основное руководство по влиянию окружающей среды на разложение дается в виде закона (или соотношения) Каспера: если все другие факторы равны, то при свободном доступе воздуха тело разлагается в два раза быстрее, чем при погружении в воду, и в восемь раз. быстрее, чем если бы его закопали в землю. В конечном итоге скорость бактериального разложения, воздействующего на ткань, будет зависеть от температуры окружающей среды. Более низкие температуры снижают скорость разложения, а более высокие - увеличивают. Сухое тело не разлагается эффективно. Влага способствует росту микроорганизмов, разлагающих органические вещества, но слишком много влаги может привести к анаэробным условиям, замедляющим процесс разложения.

Самая важная переменная - доступность организма насекомым, особенно мухам. На поверхности в тропических регионах одни только беспозвоночные могут легко уменьшить полностью обнаженный труп, чтобы очистить кости менее чем за две недели. Сам скелет непостоянен; кислоты в почве могут уменьшить его до неузнаваемых компонентов. Это одна из причин отсутствия человеческих останков, найденных под обломками Титаника , даже в тех частях корабля, которые считаются недоступными для мусорщиков. Свежезамещенную кость часто называют «зеленой» костью, которая имеет характерный жирный вид. При определенных условиях (обычно прохладная влажная почва) тела могут подвергаться омылению и образовывать воскообразное вещество, называемое жиром , вызванное действием почвенных химикатов на белки и жиры организма . Образование жировой ткани замедляет разложение, подавляя бактерии, вызывающие гниение.

В очень сухих или холодных условиях нормальный процесс разложения останавливается - либо из-за недостатка влаги, либо из-за контроля температуры за действием бактерий и ферментов, в результате чего тело сохраняется как мумие . Замороженные мумии обычно перезапускают процесс разложения при оттаивании (см. Эци, Ледяной человек ), в то время как высушенные при нагревании мумии остаются таковыми, если не подвергаются воздействию влаги.

Тела новорожденных, которые никогда не принимали пищу, являются важным исключением из нормального процесса разложения. У них отсутствует внутренняя микробная флора, которая вызывает разложение и довольно часто мумифицируется даже в умеренно сухих условиях.

Анаэробный против аэробного

Аэробное разложение происходит в присутствии кислорода. Это чаще всего встречается в природе. Живые организмы, которые используют кислород для выживания, питаются телом. Анаэробное разложение происходит в отсутствие кислорода. Это может быть место, где тело похоронено в органическом материале, и кислород не может до него добраться. Этот процесс гниения имеет неприятный запах, сопровождающийся сероводородом и органическими веществами, содержащими серу.

Искусственное сохранение

Бальзамирование - это практика замедления разложения останков людей и животных. Бальзамирование несколько замедляет разложение, но не предотвращает его на неопределенный срок. Бальзамировщики обычно уделяют большое внимание частям тела, которые видят скорбящие, таким как лицо и руки. Химические вещества, используемые при бальзамировании, отпугивают большинство насекомых и замедляют гниение бактерий, либо убивая существующие бактерии внутри или на самом теле, либо «фиксируя» клеточные белки, что означает, что они не могут выступать в качестве источника питательных веществ для последующих бактериальных инфекций. В достаточно сухой среде забальзамированное тело может оказаться мумифицированным, и нередко тела сохраняются в видимой степени через десятилетия. Известные видимые забальзамированные тела включают в себя:

• Ева Перон из Аргентины , в тело которой вводили парафин, хранилась в идеальном состоянии в течение многих лет и до сих пор, насколько известно (ее тело больше не выставлено на всеобщее обозрение).
• Владимир Ленин из Советского Союза , тело которого десятилетиями находилось погруженным в специальный резервуар с жидкостью и выставлено на всеобщее обозрение в Мавзолее Ленина .
  • Другие коммунистические лидеры с ярко выраженными культами личности, такие как Мао Цзэдун , Ким Ир Сен , Хо Ши Мин , Ким Чен Ир и совсем недавно Уго Чавес , также сохранили свои трупы в образе Ленина, и теперь они выставлены в их соответствующих помещениях. мавзолеи.
• Папа Иоанн XXIII , сохранившееся тело которого можно увидеть в базилике Святого Петра .
• Падре Пио , в тело которого был введен формалин перед захоронением в сухом хранилище, из которого он был позже извлечен и выставлен на всеобщее обозрение в Сан-Джованни-Ротондо .

Сохранение окружающей среды

Тело, похороненное в достаточно сухой среде, может сохраняться десятилетиями. Это наблюдалось в случае для убиты гражданские права активиста Medgar Эверс , который был найден быть почти полностью сохранились в течение 30 лет после его смерти, позволяя точное вскрытие трупа , когда дело в его убийстве был вновь открыт в 1990 году .

Тела, погруженные в торфяное болото, могут стать естественным образом «забальзамированными», что остановит разложение и приведет к сохранению образца, известного как болотное тело . Обычно прохладные и бескислородные условия в этих средах ограничивают скорость микробной активности, тем самым ограничивая возможность разложения. Время превращения забальзамированного тела в скелет сильно различается. Даже когда тело разложилось, лечение бальзамированием все еще может быть достигнуто (артериальная система разлагается медленнее), но не может восстановить естественный внешний вид без обширной реконструкции и косметических работ, и в основном используется для контроля неприятных запахов из-за разложения.

Животное можно почти идеально сохранить в течение миллионов лет в смоле, такой как янтарь.

Есть несколько примеров, когда тела необъяснимо сохранялись (без вмешательства человека) в течение десятилетий или столетий и выглядели почти такими же, как когда они умерли. В некоторых религиозных группах это называется неподкупностью . Неизвестно, сможет ли и как долго тело оставаться свободным от разложения без искусственной консервации.

Значение для судебной медицины

Различные науки изучают разложение тел в рамках общей криминалистики, потому что обычным мотивом таких исследований является определение времени и причины смерти для юридических целей:

• Судебная тафономия специально изучает процессы разложения, чтобы применить биологические и химические принципы к судебно-медицинским делам, чтобы определить посмертный интервал (PMI), интервал после захоронения, а также найти тайные могилы.
• Судебная патология изучает ключи к разгадке причины смерти, обнаруженные в трупе, как медицинское явление.
• Судебная энтомология изучает насекомых и других паразитов, обнаруженных в трупах; последовательность, в которой они появляются, виды насекомых и место, где они обитают в течение их жизненного цикла, являются подсказками, которые могут пролить свет на время смерти, продолжительность воздействия на труп и то, перемещался ли труп.
• Судебная антропология - это медико-правовая отрасль физической антропологии, которая изучает скелеты и человеческие останки, как правило, с целью выяснить личность, возраст, пол, рост и этническую принадлежность их бывшего владельца.

В Центре антропологических исследований Университета Теннесси (более известном как Body Farm) в Ноксвилле, штат Теннесси, есть несколько тел, разложенных в различных ситуациях на огороженном участке рядом с медицинским центром. Ученые из Body Farm изучают, как человеческое тело разлагается в различных обстоятельствах, чтобы лучше понять процесс разложения.

Разложение растений

Гниющий персик за шесть дней. Каждые рамки составляют примерно 12 часов, так как фрукты сморщиваются и покрываются плесенью .

Разложение растительного вещества происходит в несколько этапов. Начинается с вымывания водой; в этом процессе высвобождаются наиболее легко теряемые и растворимые углеродные соединения. Другой ранний процесс - это физическое разрушение или фрагментация растительного материала на более мелкие кусочки, которые имеют большую площадь поверхности для колонизации и атаки микробов . У более мелких мертвых растений этот процесс в основном осуществляется фауной почвенных беспозвоночных, тогда как у более крупных растений главную роль в разрушении играют паразитические формы жизни, такие как насекомые и грибы, и им не помогают многочисленные виды детритофагов .

После этого растительный детрит (состоящий из целлюлозы , гемицеллюлозы , микробных продуктов и лигнина ) подвергается химическому изменению микробами. Различные типы соединений разлагаются с разной скоростью. Это зависит от их химической структуры .

Например, лигнин является компонентом древесины, которая относительно устойчива к разложению и фактически может разлагаться только некоторыми грибами , такими как грибы черной гнили. Разложение древесины - это сложный процесс, в котором участвуют грибы, переносящие питательные вещества в древесину с дефицитом питательных веществ из окружающей среды. Из-за этого пищевого обогащения фауна сапроксильных насекомых может развиваться и, в свою очередь, влиять на мертвую древесину, способствуя разложению древесины и круговороту питательных веществ в лесной подстилке. Лигнин - один из таких оставшихся продуктов разложения растений с очень сложной химической структурой, замедляющей скорость разложения микробов. Тепло увеличивает скорость разложения растений на одинаковую величину независимо от состава растения.

В большинстве экосистем пастбищ естественный ущерб от огня , насекомые, которые питаются разлагающимся веществом, термиты , пасущиеся млекопитающие и физическое передвижение животных по траве, являются основными факторами разложения и круговорота питательных веществ , в то время как бактерии и грибы играют основную роль в этом процессе. дальнейшее разложение.

Химические аспекты разложения растений всегда связаны с выделением углекислого газа . Фактически, разложение способствует более чем 90 процентам ежегодно выделяемого углекислого газа.

Разложение пищи

Корзина тухлых персиков

Разложение пищевых продуктов, растительных или животных, называемое в этом контексте порчей , является важной областью исследований в науке о пищевых продуктах . Разложение пищи можно замедлить консервированием . Если мясо не обработано, порча мяса происходит в течение нескольких часов или дней и в результате мясо становится неаппетитным, ядовитым или заразным. Порча вызывается практически неизбежным заражением и последующим разложением мяса бактериями и грибками, которые переносятся самим животным, людьми, работающими с мясом, и их орудиями труда. Мясо можно хранить в пищу гораздо дольше - хотя и не бесконечно - при соблюдении надлежащей гигиены во время производства и обработки, а также при соблюдении соответствующих процедур безопасности пищевых продуктов, их консервирования и хранения.

Порча пищи связана с загрязнением такими микроорганизмами, как бактерии, плесень и дрожжи, а также с естественным разложением пищи. Эти бактерии разложения быстро размножаются в условиях влажности и предпочтительных температур. При отсутствии надлежащих условий бактерии могут образовывать споры, которые будут скрываться до тех пор, пока не возникнут подходящие условия для продолжения размножения.

Скорость разложения

Скорость разложения определяется тремя наборами факторов: физической средой (температура, влажность и свойства почвы), количеством и качеством мертвого материала, доступного для разложения, и природой самого микробного сообщества.

Скорость разложения низкая в очень влажных или очень сухих условиях. Скорость разложения наиболее высока во влажных, влажных условиях с достаточным уровнем кислорода. Влажные почвы, как правило, испытывают дефицит кислорода (особенно это касается заболоченных земель ), что замедляет рост микробов. В сухих почвах разложение также замедляется, но бактерии продолжают расти (хотя и более медленными темпами) даже после того, как почва становится слишком сухой, чтобы поддерживать рост растений. Когда дожди возвращаются и почвы становятся влажными, осмотический градиент между бактериальными клетками и почвенной водой заставляет клетки быстро набирать воду. В этих условиях многие бактериальные клетки лопаются, высвобождая импульс питательных веществ. Скорость разложения также обычно ниже в кислых почвах. Почвы, богатые глинистыми минералами, обычно имеют более низкую скорость разложения и, следовательно, более высокие уровни органического вещества. Меньшие частицы глины приводят к большей площади поверхности, которая может удерживать воду. Чем выше содержание воды в почве, тем ниже содержание кислорода и, следовательно, тем ниже скорость разложения. Глинистые минералы также связывают частицы органического материала со своей поверхностью, делая их менее доступными для микробов. Нарушение почвы, такое как обработка почвы, увеличивает разложение за счет увеличения количества кислорода в почве и воздействия новых органических веществ на почвенные микробы.

Качество и количество материала, доступного для разложения, является еще одним важным фактором, влияющим на скорость разложения. Такие вещества, как сахар и аминокислоты, легко разлагаются и считаются лабильными. Целлюлоза и гемицеллюлоза , которые расщепляются медленнее, являются «умеренно лабильными». Соединения, которые более устойчивы к разложению, такие как лигнин или кутин , считаются стойкими. Подстилка с более высокой долей лабильных соединений разлагается намного быстрее, чем подстилка с более высокой долей стойкого материала. Следовательно, мертвые животные разлагаются быстрее, чем мертвые листья, которые сами разлагаются быстрее, чем опавшие ветви. По мере старения органического материала в почве его качество снижается. Более лабильные соединения быстро разлагаются, в результате чего остается все большее количество трудновоспламеняемого материала. Стенки микробных клеток также содержат стойкие материалы, такие как хитин , и они также накапливаются по мере гибели микробов, что еще больше снижает качество более старого органического вещества почвы .

Смотрите также

• Кадаверин
• Химическое разложение
• Экосистема
• Гумус
• Фильтрат
• Микробиология разложения
• Торф (дерн)
• Путресцин
• Сталинг

использованная литература

внешние ссылки

• СМИ, связанные с декомпозицией, на Викискладе?
• 1Lecture.com - Разложение пищи (Flash-анимация)