1.

Einleitung

Fäulnis und Verwesung, Zersetzung toter Pflanzen oder Tiere oder anderer organischer Stoffe, etwa der Ausscheidungsprodukte von Tieren oder Pflanzen. Die Tatsache, dass die Erde nicht über und über mit toter Vegetation, Ausscheidungsprodukten und Tierleichen bedeckt ist, verdankt sie den Prozessen von Fäulnis und Verwesung. Unter Fäulnis versteht man eine Zersetzung unter Sauerstoffmangel (anaerob), Verwesung ist Zersetzung bei Anwesenheit von Sauerstoff (aerob).

Bei der Zersetzung werden Nährstoffe, die ursprünglich von Pflanzen zu organischen Verbindungen umgewandelt wurden (Primärproduktion) und die Nahrungsketten durchlaufen haben, zuletzt wieder der Biosphäre zugeführt, die in einem mehr oder weniger stabilen Zustand gehalten wird. Dieser als Mineralisation bekannte Teil des Kreislaufs der Materie wird fast ausschließlich durch Mikroorganismen bewirkt, allerdings kann auch Feuer in geringem Umfang dazu beitragen. Diesen Kreislauf durchlaufen alle biologisch relevanten Elemente der Biosphäre.

2.

Bakterien und Pilze

Zersetzung wird überwiegend durch Bakterien und Pilze bewirkt. Man fasst sie unter dem Oberbegriff Destruenten zusammen. Sie verarbeiten organische tierische und pflanzliche Stoffe sowie die Ausscheidungsprodukte von Tieren. Organismen, die auf totem Material gedeihen, werden Saprophyten genannt. Lebende Organismen können sich vor Zersetzung schützen; insofern hängt der Stoffkreislauf mit der Lebensdauer der pflanzlichen oder tierischen Lebewesen zusammen.

Überwiegend auf dem Wege der Zersetzung durch Mikroorganismen wird das Kohlendioxid, das ursprünglich im Zuge der Photosynthese von Pflanzen aufgenommen wurde, wieder in die Atmosphäre zurückgeführt. Der Abbau durch Mikroben ist auch für die Klärung der Abwässer wesentlich – ein Vorgang, der für die Gesundheit aller Menschen zentral ist.

Es gibt die verschiedensten Saprophyten; die Wandlungsfähigkeit ihres Stoffwechsels spiegelt die Fähigkeit der verschiedenen Saprophytenformen wider, jeweils spezifische organische Stoffe zu zersetzen. Jede in der Natur vorkommende organische Verbindung kann zersetzt werden – entweder durch einen einzelnen Mikroorganismus oder durch mehrere zusammenwirkende Arten. Manche organischen Pflanzenbestandteile werden langsamer als andere zersetzt und sammeln sich in der Umwelt an. Diese als Humus bekannte pflanzliche Materie ist der organische Hauptbestandteil des Bodens und spielt für die Fruchtbarkeit des Bodens eine wichtige Rolle, indem sie dessen Entwässerung und Aufnahmefähigkeit für Sauerstoff beeinflusst.

1.

Pilze

Organisches Material wird in der Regel zuerst von Pilzen besiedelt, da ihr Stoffwechsel in der Lage ist, Zellwände aufzuspalten und den leichter zersetzbaren Zellinhalt freizusetzen. Auch spezielle Einzeller können die Cellulose in den Zellwänden der Pflanzen aufspalten. Diese Einzeller leben in den Eingeweiden von Pflanzenfressern; sie allein sind für die Zersetzung der Cellulose im Pansen vieler wichtiger Nutztiere verantwortlich. Die Zersetzung von Holz kann durch die Aktivität Holz fressender Insekten, beispielsweise Termiten, beschleunigt werden, die darauf angewiesen sind, dass spezialisierte Mikroorganismen in ihren Eingeweiden die Nährstoffe im Holz für sie aufschließen.

3.

Boden und Wasser

Im Boden und im Wasser kommen Mikroorganismen in sehr großer Zahl vor. Ein Teelöffel nicht verschmutzten natürlichen Wassers enthält rund eine Million Bakterien, die oberen 15 Zentimeter eines gut gedüngten Bodens können sogar über fünf Tonnen Bakterien und Pilze pro Hektar enthalten. Die Zersetzung organischer Stoffe stellt den Mikroorganismen Energie für ihr Wachstum und ihre Vermehrung zur Verfügung. Diese großen Populationen von Mikroorganismen dienen Protozoen als Nahrung, durch deren Stoffwechselprozesse die Nährstoffe, welche die Bakterien aufgenommen haben, sofort aufgespalten werden. Dieser Vorgang schließt die übliche Nahrungskette kurz. Hierbei handelt es sich um einen wichtigen Kreislaufprozess in der Oberfläche von Gewässern. Die Abweidung durch Protozoen trägt wesentlich zur Beschränkung der Zahl der Bakterien bei, da die Nachkommenschaft eines Bakteriums, das sich alle 20 Minuten teilt, in wenig mehr als drei Stunden bereits über 1 000 Exemplare betragen würde.

4.

Die Rolle des Sauerstoffs

Der Zerfall geht am schnellsten in Anwesenheit von Sauerstoff vor sich. Wenn die Sauerstoffzufuhr beschränkt ist, beispielsweise in den Sedimenten nährstoffreicher Seen oder mit Wasser vollgesogenen Böden, verlangsamt sich der Prozess der Zersetzung. Es gibt auch Mikroorganismen, die unter Abwesenheit von Sauerstoff aktiv sind (Anaerobier) und – falls organische Materie vorhanden ist – zum Prozess der Zersetzung beitragen können. Nitrat abbauende (Denitrifizierer), Sulfat abbauende und Methan bildende (methanogene) Bakterien nutzen Nitrat beziehungsweise Sulfat oder Kohlendioxid zur Energiegewinnung, ganz ähnlich, wie aerobe Mikroben Sauerstoff nutzen. Andere anaerobe Bakterien (Bakterien mit Gärungsstoffwechsel) gewinnen die Energie für ihren Stoffwechselprozess durch die Umwandlung organischer Verbindungen.

Unter bestimmten Bedingungen kann bei dauernd niedriger Sauerstoffzufuhr der Prozess der Zersetzung so langsam verlaufen, dass sich organische Stoffe in großem Ausmaß ansammeln. Das auffallendste Beispiel dafür sind Torfmoore, in denen feuchtes organisches Material mehrere Meter Tiefe erreichen kann. Im Verlauf geologischer Zeiträume bildete sich durch das Zusammenpressen von Torfablagerungen (die sich im Karbon gebildet hatten) unter bestimmten chemischen und physikalischen Bedingungen Kohle. Methanogene Bakterien bilden Methan (Methanogenese); die geringe Aktivität der Organismen in alten Torflagern ist vermutlich für den Methananteil in den ausgedehnten Erdgaslagerstätten verantwortlich, die in der Regel bei Kohlenflözen vorkommen. In den letzten Jahrzehnten ist Erdgas in großem Umfang als Brennstoff erschlossen worden. Es ist auch wahrscheinlich, dass die Lagerstätten für Erdöl durch die begrenzte Aktivität anaerober Bakterien in organischen Stoffen in sehr alter Zeit entstanden sind, jedoch ist diese Theorie bisher noch nicht unter kontrollierten Bedingungen bestätigt worden.

5.

Zersetzung und Nahrungsmittel

Die Zersetzung durch Mikroorganismen hat auch wirtschaftliche Aspekte. Zur Herstellung von Nahrungsmitteln wie Käse und Joghurt ist die Aktivität bestimmter Mikroorganismen erforderlich; werden deren Kulturen jedoch mit anderen Mikroorganismen kontaminiert, entartet dieser Prozess sehr schnell. In vergleichbarer Weise können Nahrungsmittel, die mit Mikroorganismen durchsetzt sind, Veränderungen in Konsistenz, Geruch oder Geschmack erfahren.

Das Wachstum einer bestimmten Gruppe von Organismen während der Zubereitung oder Aufbewahrung von Nahrungsmitteln kann zur Lebensmittelvergiftung führen. Die Zersetzung von Nahrungsmitteln durch Mikroorganismen kann man durch Einlegen in Lösungen mit hoher Konzentration von Salz oder Zucker oder in schwach sauren Flüssigkeiten hinauszögern, ebenso auch durch Trocknen, Kühlen (Einfrieren) oder durch Abtöten der Mikroorganismen mittels Hitze (Konservieren und Pasteurisieren) oder Bestrahlung.

Wenn gefrorene Nahrungsmittel aufgetaut, getrocknete Nahrungsmittel gewässert oder konservierte Nahrungsmittel der Luft ausgesetzt werden, können sie leicht verderben, da Saprophyten, die sich in der Luft finden, die Nahrungsmittel zu kontaminieren beginnen. Die Geschwindigkeit der Mikrobenaktivität hängt von der Umgebungstemperatur ab. Je geringer die Temperatur ist, desto geringer ist ihre Aktivität – jedoch verdirbt auf lange Sicht auch Tiefkühlkost, wenn auch langsam. Nur die chemische Hemmung der Mikrobenaktivität kann die Nahrung noch schützen, wenn sie erst einmal der Luft ausgesetzt ist. Jedoch gibt es auch Mikroorganismen, besonders Pilze, die auch unter hohen Salz- oder Zuckerkonzentrationen noch wachsen. Allerdings kann man das in der Regel deutlich sehen, etwa den Schimmel auf der Marmelade.

6.

Zersetzung anderer Stoffe

Zersetzung kann sich auch auf viele andere Lebensbereiche auswirken. Baumaterialien aus Holz müssen trocken gehalten oder mit Holzschutzmitteln behandelt werden, damit sie nicht faulen. Aus Öltanks muss regelmäßig das Wasser entfernt werden, da andernfalls die Kohlenwasserstoff-Bestandteile selektiv abgebaut werden. Auch Bestandteile von Kunststoffen oder Farben können zersetzt werden und dadurch bestimmte Eigenschaften oder ihre Färbung verlieren. Eisenrohre können durch Säuren korrodieren, die beim Stoffwechsel der Mikroben entstehen, Stein- und Betongebäude können durch diese Säuren beeinträchtigt werden.

Der Mensch hat sich die zersetzenden Kräfte der Mikroben in vieler Hinsicht dienstbar gemacht. Die Klärung von Abwässern ist ein wichtiges Beispiel, weiter dienen Mikroorganismen auch der Verringerung der Umweltverschmutzung nach Ölunfällen, der Entgiftung von Schwermetallen und der Zersetzung auf Mülldeponien.