Decomposizione (biologia)

1

Introduzione

Decomposizione (biologia) Processo di degradazione delle sostanze organiche, come quelle contenute nella struttura di piante e di animali morti e quelle delle sostanze di rifiuto derivanti dalle attività metaboliche dell’organismo (feci, urine).

I processi di demolizione e decomposizione biologica hanno un importante ruolo ecologico, poiché impediscono che si verifichi un accumulo di strati di vegetazione e di animali morti, nonché di escrementi e di altri rifiuti organici. Le reazioni di decomposizione biologica differiscono da quelle coinvolte nei processi di decomposizione chimica, in cui i composti si dividono spontaneamente nelle loro parti costitutive.

La decomposizione biologica costituisce, inoltre, un importante passaggio nei diversi cicli degli elementi (cicli biogeochimici), attraverso i quali i vari elementi chimici (in particolare azoto, carbonio, ossigeno, fosforo) passano dall’ambiente agli esseri viventi e viceversa. I composti inorganici presenti nella biosfera vengono, infatti, utilizzati dalle piante per sintetizzare sostanze nutritive organiche che passano, attraverso la catena alimentare, nel corpo degli altri organismi viventi. Quando questi ultimi producono materiale di scarto o muoiono, i composti presenti all’interno del loro corpo vengono ridotti nuovamente a sostanze inorganiche dai processi di decomposizione e fanno ritorno nella biosfera, che si mantiene così in uno stato di equilibrio. Il processo per cui le sostanze organiche vengono trasformate in sostanze inorganiche più semplici è detto mineralizzazione (vedi Ciclo biogeochimico; Ciclo del carbonio; Ciclo dell’azoto; Ciclo dell’ossigeno).

2

Organismi decompositori

Batteri e funghi sono i principali agenti responsabili della decomposizione della materia organica e, pertanto, sono chiamati collettivamente organismi decompositori. Tra questi, gli organismi che proliferano sui resti di altri organismi morti sono detti saprofiti. I decompositori non attaccano organismi vivi poiché questi possiedono meccanismi di difesa che li proteggono.

Le varie specie di decompositori sono generalmente specializzate ciascuna nella degradazione di un particolare gruppo di sostanze organiche specifiche, per le quali hanno sviluppato apposite reazioni metaboliche. Qualunque composto organico presente in natura può essere decomposto sia da singoli microrganismi, sia da più specie differenti che agiscono in modo coordinato.

Alcuni costituenti organici delle piante sono più resistenti di altri alla decomposizione microbica e, pertanto, si accumulano nel terreno sotto forma di humus. Il fatto che l’humus venga decomposto lentamente è importante da un punto di vista ecologico, perché esso, in tal modo, costituisce il principale componente organico del suolo e contribuisce alla fertilità del terreno, favorendo il drenaggio dell’acqua e la circolazione dell’ossigeno al suo interno. I microrganismi decompositori sono abbondanti sia nel suolo, sia nelle acque. Un cucchiaino d’acqua naturale non inquinata può contenere anche un milione di batteri, mentre nei primi 15 cm di profondità di un ettaro di terreno fertile possono abitare più di 5 tonnellate di batteri e funghi.

La decomposizione della materia organica fornisce ai microrganismi l’energia necessaria a crescere e a riprodursi. Queste enormi popolazioni di microrganismi vengono, a loro volta, utilizzate come alimento dai protozoi, i cui processi metabolici riciclano rapidamente le sostanze nutritive assimilate dai batteri. Questo ciclo microbico ha una grande importanza nelle acque superficiali, in quanto in tal modo i protozoi riescono a tenere sotto controllo il numero dei batteri che, altrimenti, dividendosi ogni 20 minuti, produrrebbero ciascuno più di mille nuovi organismi ogni tre ore.

3

Degradazione della cellulosa

I primi organismi che attaccano gli accumuli del materiale organico vegetale, proveniente da piante morte e depositatesi sul terreno, sono i funghi. Essi, infatti, producono alcune sostanze in grado di degradare le pareti cellulari ricche di cellulosa e di liberare, così, le sostanze più semplici che si trovano all’interno delle cellule. Successivamente, queste sostanze vengono colonizzate da batteri che completano il processo di mineralizzazione delle sostanze organiche.

Alcune specie di batteri hanno instaurato, nel corso dell’evoluzione, un rapporto di tipo simbiotico con animali erbivori (che si nutrono di piante), come le termiti e i ruminanti (ad esempio, i bovini). Essi si sono insediati all’interno dell’apparato digerente di questi animali: da un lato hanno così scelto un habitat protetto dai predatori e dal quale possono ricavare sostanze nutritive, dall’altro producono sostanze in grado di iniziare il processo di demolizione della cellulosa e di renderla chimicamente attaccabile da parte degli enzimi digestivi dell’animale ospite. In assenza di questi microrganismi, gli erbivori non sarebbero in grado di digerire alcuna delle sostanze di cui è composta la loro dieta.

4

Microrganismi aerobi e anaerobi

La decomposizione è più rapida se avviene in presenza di ossigeno. Se l’ossigeno è scarso, come nei sedimenti dei laghi o nei terreni impregnati d’acqua, il processo di decomposizione rallenta. Tra i microrganismi anaerobi (cioè attivi in assenza di ossigeno) vi sono i batteri denitrificanti, quelli solfato-riducenti e quelli metanogeni, che ottengono energia rispettivamente dai nitrati, dai solfati e dall’anidride carbonica. Altri anaerobi si procurano, invece, l’energia attraverso processi di fermentazione dei composti organici.

Se la concentrazione di ossigeno rimane bassa molto a lungo, la decomposizione può essere così lenta che la materia organica si accumula in grande quantità. Questo fenomeno ha portato alla formazione delle torbiere, in cui il materiale organico impregnato d’acqua può essere profondo molti metri. La compressione dei depositi delle torbiere, formatisi durante il periodo carbonifero, è avvenuta nel corso di più ere geologiche, favorita da diversi fattori fisico-chimici, e ha portato alla formazione del carbon fossile.

I batteri metanogeni sono probabilmente responsabili della presenza di metano nei vasti accumuli di gas naturale, generalmente associati agli strati di carbon fossile e sfruttati negli ultimi decenni come combustibile di largo impiego. Secondo alcune ipotesi sarebbe, inoltre, possibile che i depositi di petrolio si siano formati grazie all’attività di degradazione di batteri anaerobi, concentrata su materiale organico molto antico; l’ipotesi deve essere, tuttavia, ancora dimostrata.