bugorwiki.info
на главную

Разложение

Разложение - это процесс, при котором органические вещества распадаются на более простые органические вещества. Процесс является частью цикла питательных веществ и имеет важное значение для переработки конечного вещества, которое занимает физическое пространство в биосфере. Тела живых организмов начинают разлагаться вскоре после смерти. Животные, такие как черви, также помогают разлагать органические вещества. Организмы, которые делают это, известны как разлагающие. Хотя никакие два организма не разлагаются одинаково, все они подвергаются одинаковым последовательным стадиям разложения. Наука, которая изучает разложение, обычно упоминается как тафономия от греческого слова taphos , что означает гробница.

Можно отличить абиотик от биотического разложения (биодеградация). Первое означает «разрушение вещества химическими или физическими процессами, например, гидролизом. Второе означает« метаболическое расщепление материалов на более простые компоненты живыми организмами », обычно микроорганизмами.

Разложение животных

Муравьи едят мертвую змею

Разложение начинается в момент смерти, вызванной двумя факторами: 1.) автолизом, разрушением тканей внутренними химическими веществами и ферментами организма, и 2.) гниением, разрушением тканей бактериями. Эти процессы высвобождают такие соединения, как кадаверин и путресцин, которые являются основным источником безошибочно гнилостного запаха разлагающейся ткани животных.

Первичные разлагающие вещества - это бактерии или грибки, хотя более крупные падальщики также играют важную роль в разложении, если тело доступно для насекомых, клещей и других животных. Наиболее важные членистоногие, участвующие в этом процессе, включают в себя карикатурных жуков, клещей, мух (Sarcophagidae) и мух (Calliphoridae), таких как муха зеленой бутылки, замеченная летом. В Северной Америке наиболее важные животные, не являющиеся насекомыми, которые обычно участвуют в этом процессе, включают млекопитающих и птиц-падальщиков, таких как койоты, собаки, волки, лисы, крысы, вороны и стервятники. Некоторые из этих падальщиков также удаляют и разбрасывают кости, которые они проглатывают позднее. Водные и морские среды имеют разрушающие агенты, которые включают бактерии, рыбу, ракообразных, личинок мух и других падальщиков.

Этапы разложения

Пять основных этапов используются для описания процесса разложения у позвоночных животных: свежие, вздутие живота, активный распад, расширенный распад и сухие остатки. Общие стадии разложения связаны с двумя стадиями химического разложения: автолизом и гниением. Эти две стадии способствуют химическому процессу разложения, который разрушает основные компоненты организма. Со смертью микробиом живого организма разрушается, за ним следует некробиом, который со временем претерпевает предсказуемые изменения.

пресная

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 к расслаблению во время стадии, называемой суровой смертностью. Поскольку кровь больше не прокачивается через тело, гравитация заставляет ее стечь в зависимые части тела, создавая общее сине-пурпурное обесцвечивание, называемое livor mortis или, чаще, жидкостью.

Как только сердце останавливается, кровь больше не может поставлять кислород или удалять углекислый газ из тканей. Результирующее снижение рН и другие химические изменения приводят к тому, что клетки теряют свою структурную целостность, что приводит к высвобождению клеточных ферментов, способных инициировать разрушение окружающих клеток и тканей. Этот процесс известен как автолиз.

Видимые изменения, вызванные разложением, ограничены во время свежей стадии, хотя автолиз может вызвать появление волдырей на поверхности кожи.

Небольшое количество кислорода, остающегося в организме, быстро истощается клеточным метаболизмом и аэробными микробами, которые естественным образом присутствуют в дыхательных путях и желудочно-кишечном тракте, создавая идеальную среду для размножения анаэробных организмов. Они размножаются, потребляя в организме углеводы, липиды и белки, чтобы производить различные вещества, включая пропионовую кислоту, молочную кислоту, метан, сероводород и аммиак. Процесс размножения микробов в организме называется гниением и ведет ко второй стадии разложения, известной как вздутие живота.

Мухи и мясные мухи являются первыми паразитирующими насекомыми, которые ищут подходящее место для яйцекладки.

раздуваться

Стадия раздувания обеспечивает первый четкий визуальный признак того, что происходит размножение микробов. На этой стадии происходит анаэробный метаболизм, приводящий к накоплению газов, таких как сероводород, диоксид углерода, метан и азот. Накопление газов в полости тела вызывает вздутие живота и придает трупу его вздутый вид. Вырабатываемые газы также вызывают пенообразование природных жидкостей и разжижающих тканей. Когда давление газов в теле увеличивается, жидкости вынуждены выходить из естественных отверстий, таких как нос, рот и задний проход, 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 окрашенные пигменты. Сопутствующие газы, которые накапливаются в организме в это время, помогают в транспортировке сульфгемоглобина по всему организму через кровеносную и лимфатическую системы, придавая телу общий мраморный вид.

Если насекомые имеют доступ, личинки выводятся и начинают питаться тканями организма. Активность личинки, обычно ограниченная естественными отверстиями и массами под кожей, вызывает скольжение кожи и отслоение волос от кожи. Кормление личинками и накопление газов в организме, в конечном итоге, приводят к посмертным разрывам кожи, которые затем дополнительно позволяют продувать газы и жидкости в окружающую среду. Разрывы в коже позволяют кислороду повторно проникать в организм и обеспечивают большую площадь поверхности для развития личинок мух и активности аэробных микроорганизмов. Продувка газов и жидкостей приводит к сильным характерным запахам, связанным с разложением.

Активный распад

Активный распад характеризуется периодом наибольшей потери массы. Эта потеря происходит в результате как жадной подачи личинок, так и продувки разлагающихся жидкостей в окружающую среду. Очищенные жидкости накапливаются вокруг тела и создают остров разложения трупа (CDI). Разжижение тканей и распад становятся очевидными в течение этого времени и сохраняются сильные запахи. Конец активного распада сигнализируется миграцией личинок от тела к окукливанию.

Расширенный распад

Разложение в значительной степени ингибируется во время прогрессирующего распада из-за потери легкодоступного трупного материала. На этом этапе активность насекомых также снижается. Когда туша находится на почве, область вокруг нее будет свидетельствовать о гибели растительности. CDI, окружающий тушу, будет показывать увеличение углерода в почве и питательных веществ, таких как фосфор, калий, кальций и магний; изменения рН; и значительное увеличение содержания азота в почве.

Сухие / остатки

На стадии засухи / остатков может произойти возобновление роста растений вокруг CDI, что является признаком того, что питательные вещества, присутствующие в окружающей почве, еще не вернулись к своим нормальным уровням. Все, что осталось от трупа на этой стадии, это сухая кожа, хрящи и кости, которые станут сухими и обесцвеченными при воздействии элементов. Если из трупа удаляются все мягкие ткани, это называется полностью скелетизированным, но если обнажены только части костей, это называется частично скелетонизированным.

Туша свиньи на разных стадиях разложения: свежие> вздутие> активный распад> расширенный распад> сухие остатки

Факторы, влияющие на разложение органов

Дополнительная информация: влияние окружающей среды на судебную энтомологию

Воздействие на элементы

Мертвое тело, которое подвергалось воздействию открытых элементов, таких как вода и воздух, будет разлагаться быстрее и привлекать гораздо больше насекомых, чем тело, которое похоронено или заключено в специальное защитное снаряжение или артефакты. Частично это связано с ограниченным количеством насекомых, способных проникать в гроб, и более низкими температурами под почвой.

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

  • Температура;
  • Наличие кислорода;
  • До бальзамирования;
  • Причина смерти;
  • Погребение, глубина захоронения и тип почвы;
  • Доступ мусорщиков;
  • Травмы, в том числе ранения и сокрушительные удары;
  • Влажность или влажность;
  • Количество осадков;
  • Размер тела и вес;
  • Одежда;
  • Поверхность, на которой опирается тело;
  • Продукты / предметы внутри пищеварительного тракта образца (бекон по сравнению с салатом).

Скорость, с которой происходит разложение, сильно варьируется. Такие факторы, как температура, влажность и время смерти, определяют, насколько быстро свежее тело будет скелетонизировать или мумифицировать. Основное руководство по влиянию окружающей среды на разложение дается в виде закона (или соотношения) Каспера: если все остальные 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 он был похоронен на земле. В конечном счете, скорость бактериального разложения, действующего на ткань, будет зависеть от температуры окружающей среды. Более низкие температуры уменьшают скорость разложения, в то время как более высокие температуры увеличивают ее. Сухое тело не будет эффективно разлагаться. Влага способствует росту микроорганизмов, которые разлагают органическое вещество, но слишком большое количество влаги может привести к анаэробным условиям, замедляющим процесс разложения.

Наиболее важной переменной является доступность организма для насекомых, особенно мух. На поверхности тропических зон одни беспозвоночные могут легко превратить труп полностью в чистоту и очистить кости менее чем за две недели. Сам скелет не является постоянным; кислоты в почвах могут уменьшить его до неузнаваемых компонентов. Это одна из причин отсутствия человеческих останков на обломках Титаника , даже в тех частях корабля, которые считаются недоступными для падальщиков. Свеже скелетонизированную кость часто называют «зеленой» костью, и она имеет характерное сальное ощущение. При определенных условиях (обычно прохладная, влажная почва) тела могут подвергаться омылению и вырабатывать воскообразное вещество, называемое адипоцере, вызванное действием химических веществ почвы на белки и жиры организма. Образование адипоцере замедляет разложение, подавляя бактерии, вызывающие гниение.

В чрезвычайно сухих или холодных условиях нормальный процесс разложения останавливается - из-за недостатка влаги или контроля температуры бактериального и ферментативного действия - что приводит к сохранению организма в виде мумии. Замороженные мумии обычно возобновляют процесс разложения при оттаивании (см. Ötzi the Iceman), 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. Они испытывают недостаток во внутренней микробной флоре, которая производит большую часть разложения и довольно часто мумифицируется, если хранится даже в умеренно сухих условиях.

Анаэробные против аэробных

Аэробное разложение происходит в присутствии кислорода. Это чаще всего встречается в природе. Живые организмы, которые используют кислород для выживания, питаются организмом. Анаэробное разложение происходит в отсутствие кислорода. Это может быть место, где тело погружено в органический материал, и кислород не может достичь его. Этот процесс гниения имеет неприятный запах, сопровождаемый им из-за сероводорода и органических веществ, содержащих серу.

Искусственное сохранение

Бальзамирование - это практика задержки разложения человеческих и животных останков. Бальзамирование несколько замедляет разложение, но не предотвращает его бесконечно. Бальзамировщики обычно обращают большое внимание на части тела, которые видят скорбящие, такие как лицо и руки. Химические вещества, используемые при бальзамировании, отталкивают большинство насекомых и замедляют гнилостное размножение бактерий, убивая существующие бактерии в организме или на теле или «фиксируя» клеточные белки, что означает, что они не могут служить источником питательных веществ для последующих бактериальных инфекций. В достаточно сухой окружающей среде бальзамированное тело может мумифицироваться, и тела нередко сохраняются в видимой степени после десятилетий. Известные видимые бальзамированные тела включают в себя:

  • Ева Перон из Аргентины, чье тело было инъецировано парафином, прекрасно сохранялась в течение многих лет и до сих пор, насколько известно (ее тело больше не выставляется на всеобщее обозрение).
  • Владимир Ленин из Советского Союза, тело которого десятилетиями хранилось в специальном резервуаре с жидкостью и выставлен 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 духе сохранения Ленина и теперь отображаются в их соответствующих мавзолеи.
  • Папа Иоанн XXIII, чье сохранившееся тело можно увидеть в соборе Святого Петра.
  • Падре Пио, чье тело было инъецировано формалином до захоронения в сухом хранилище, из которого он впоследствии был извлечен и выставлен на всеобщее обозрение в Сан-Джованни-Ротондо.

Сохранение окружающей среды

Тело, похороненное в достаточно сухой среде, может хорошо сохраняться в течение десятилетий. Это наблюдалось в случае с убитым борцом за гражданские права Медгаром Эверсом, который, как было установлено, почти идеально сохранился в течение 30 лет после его смерти, что позволило провести точное вскрытие, когда дело об его убийстве было вновь открыто в 1990-х годах.

Тела, погруженные в торфяное болото, могут естественным образом «забальзамировать», останавливая разложение и в результате сохраняющийся образец, известный как тело болота. Время, в течение которого бальзамированное тело должно быть уменьшено до скелета, сильно различается. Даже когда тело разлагается, лечение бальзамированием все еще может быть достигнуто (артериальная система распадается медленнее), но не восстановит естественный внешний вид без обширной реконструкции и косметической работы, и в основном используется для контроля неприятных запахов из-за разложения.

Животное может храниться почти идеально, 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 выглядят почти так же, как и после их смерти. В некоторых религиозных группах это известно как неподкупность. Неизвестно, может ли тело оставаться свободным от распада без искусственного сохранения.

Важность для криминалистики

Дополнительная информация: Судебная энтомологическая декомпозиция

Различные науки изучают разложение тел по общей рубрике криминалистики, потому что обычным мотивом таких исследований является определение времени и причины смерти в юридических целях:

  • Криминалистическая тафономия специально изучает процессы разложения, чтобы применить биологические и химические принципы в судебных делах, чтобы определить посмертный интервал (PMI), послеродовый интервал, а также найти тайные могилы.
  • Судебно-медицинская патология изучает причины смерти, обнаруженной в трупе как медицинское явление.
  • Судебная энтомология изучает насекомых и других паразитов, найденных в трупах; последовательность, в которой они появляются, виды насекомых и то, где они находятся в их жизненном цикле, являются подсказками, которые могут пролить свет на время смерти, продолжительность воздействия трупа и на то, был ли труп перемещен.
  • Судебная антропология - это медико-правовая ветвь физической антропологии, которая изучает скелеты и человеческие останки, обычно для того, чтобы выяснить личность, возраст, пол, рост и этническую принадлежность своего бывшего владельца.

В Центре антропологических исследований Университета Теннесси (более известный как Ферма Тела) в Ноксвилле, штат Теннесси, есть несколько тел, разложенных в различных ситуациях на огороженном участке возле медицинского центра. Ученые из Body Farm изучают, как человеческое тело распадается в различных обстоятельствах, чтобы лучше понять процесс разложения.

Разложение растений

См. Также: компостирование, анаэробное пищеварение и активность внеклеточных ферментов грибов
Гниющий персик в течение шести дней. Каждый кадр находится на расстоянии около 12 часов, так как фрукты высыхают и покрываются плесенью.

Разложение растительного вещества происходит в несколько этапов. Это начинается с выщелачивания водой; наиболее легко теряющиеся и растворимые соединения углерода высвобождаются в этом процессе. Другим ранним процессом является физическое разрушение или дробление растительного материала на более мелкие кусочки, которые имеют большую площадь поверхности для микробной колонизации и атаки. У более мелких мертвых растений этот процесс в основном осуществляется почвенной фауной беспозвоночных, тогда как у более крупных растений, главным образом, паразитические формы жизни, такие как насекомые и грибы, играют важную роль в разрушении и не поддерживаются многочисленными видами детритиворов.

После этого растительный детрит (состоящий из целлюлозы, гемицеллюлозы, микробных продуктов и лигнина) подвергается воздействию

химическое изменение микробами. Разные типы соединений разлагаются с разной скоростью. Это зависит от их химической структуры.

Например, лигнин является компонентом древесины, который относительно устойчив к разложению и может быть разложен только некоторыми грибами, такими как грибы черной гнили. Разложение древесины - это сложный процесс, в котором участвуют грибы, которые переносят питательные вещества в питательную древесину из внешней среды. Из-за этого обогащения питательными веществами фауна сапроксильных насекомых может развиваться и, в свою очередь, воздействовать на мертвую древесину, способствуя разложению древесины и круговороту питательных веществ в лесной почве. Лигнин является одним из таких оставшихся продуктов разложения растений с очень сложной химической структурой, вызывающей замедление скорости разрушения микробов. Тепло увеличивает скорость разложения растения, на одинаковую величину независимо от состава растения

В большинстве пастбищных экосистем естественный ущерб от пожара, насекомые, которые питаются разлагающимся веществом, термиты, пасущиеся млекопитающие и физическое движение животных по траве являются основными факторами разрушения и круговорота питательных веществ, в то время как бактерии и грибы играют главную роль в дальнейшее разложение.

Химические аспекты разложения растений всегда связаны с выделением углекислого газа. На самом деле, разложение способствует более 90 процентов выбросов углекислого газа каждый год.

Разложение пищи

Основная статья: порча мяса

Разложение пищи, растительной или животной, называемой в этом контексте порчей , является важной областью исследования в пищевой науке. Разложение пищи может быть замедлено консервацией. Порча мяса происходит, если мясо не обработано, в течение нескольких часов или дней и приводит к тому, что мясо становится неаппетитным, ядовитым или инфекционным. Порча вызвана практически неизбежной инфекцией и последующим разложением мяса бактериями и грибками, которые несут само животное, люди, работающие с мясом, и их инструменты. Мясо может храниться в течение длительного времени - хотя и не в течение неопределенного времени - если соблюдаются надлежащие гигиены во время производства и переработки, и если применяются соответствующие процедуры безопасности пищевых продуктов, консервации и хранения продуктов.

Порча пищи обусловлена ​​загрязнением микроорганизмами, такими как бактерии, плесень и дрожжи, а также естественным разложением пищи. Эти бактерии разложения размножаются с высокими скоростями в условиях влажности и предпочтительных температур. Когда надлежащие условия отсутствуют, бактерии могут образовывать споры, которые скрываются до появления подходящих условий 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 разложителей, и природой самого микробного сообщества.

Скорость разложения низкая в очень влажных или очень сухих условиях. Скорость разложения является самой высокой во влажных, влажных условиях с адекватным уровнем кислорода. Влажные почвы имеют тенденцию к дефициту кислорода (это особенно верно для водно-болотных угодий), что замедляет рост микробов. На сухих почвах разложение также замедляется, но бактерии продолжают расти (хотя и медленнее) даже после того, как почвы становятся слишком сухими, 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 разрываются, высвобождая импульс питательных веществ. Скорости разложения также имеют тенденцию быть более медленными в кислых почвах. Почвы, которые богаты глинистыми минералами, имеют тенденцию иметь более низкие скорости 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 с их поверхностью, делая их менее доступными для микробов. Нарушение почвы, такое как обработка почвы, увеличивает разложение, увеличивая количество кислорода в почве и подвергая новые органические вещества почвенным микробам.

Качество и количество материала, доступного для разложителей, является еще одним важным фактором, который влияет на скорость разложения. Такие вещества, как сахара и аминокислоты, легко разлагаются и считаются лабильными. Целлюлоза и гемицеллюлоза, которые расщепляются медленнее, являются «умеренно лабильными». Соединения, которые более устойчивы к гниению, такие как лигнин или кутин, считаются непокорными. Подстилки с более высокой долей лабильных соединений разлагаются гораздо быстрее, чем подстилки с большей долей непокорных материалов. 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 увеличивается доля непокорных материалов. Стенки микробных клеток также содержат непокорные материалы, такие как хитин, и они также накапливаются по мере того, как микробы умирают, еще больше снижая качество старых органических веществ в почве.


просмотров: 235