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Decomposizione (biologia)  

 Processo di degradazione di sostanze organiche come le piante e gli animali morti e i materiali di scarto. I processi di demolizione e decomposizione biologica hanno un importante ruolo ecologico, poiché in loro assenza la Terra sarebbe ricoperta da strati di vegetazione e di animali morti, nonché da escrementi e da altri rifiuti organici. Le reazioni di decomposizione biologica differiscono da quelle coinvolte nei processi di degradazione chimica, in cui i composti si dividono spontaneamente nelle loro parti costitutive. La decomposizione biologica contribuisce, inoltre, all'importante processo ecologico del ciclo della materia. I composti inorganici presenti nella biosfera vengono, infatti, utilizzati dalle piante per sintetizzare sostanze nutritive organiche, che passano, attraverso la rete 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 viene così mantenuta in uno stato di equilibrio stazionario. Il ciclo della materia, anche noto come processo di mineralizzazione, è mediato quasi interamente da microrganismi e può essere favorito dal fuoco.

Organismi decompositori

Batteri e funghi sono i principali agenti responsabili della decomposizione della materia organica e, pertanto, vengono chiamati collettivamente organismi decompositori. Tra questi, gli organismi che proliferano sui resti di altri organismi morti sono detti saprofiti. Gli organismi viventi hanno, invece, meccanismi di difesa che li proteggono dall'attacco dei decompositori. Il ciclo della materia è, quindi, collegato alla durata della vita di ciascun organismo. La decomposizione microbica rappresenta la via principale attraverso la quale l'anidride carbonica, assorbita primariamente dalle piante nel corso della fotosintesi, fa ritorno nell'atmosfera. Svolge, inoltre, un ruolo igienico-sanitario di primaria importanza nello smaltimento dei liquami domestici. Le varie specie di decompositori sono generalmente specializzate ciascuna nella degradazione di un 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 concerto. Alcuni costituenti organici delle piante sono più resistenti di altri alla decomposizione microbica e, pertanto, si accumulano nell'ambiente sotto forma di humus. L'humus rappresenta il principale componente organico del suolo e contribuisce in modo importante alla fertilità del terreno, in quanto favorisce il drenaggio dell'acqua e la circolazione dell'ossigeno al suo interno.

Degradazione della cellulosa

I funghi sono in genere i primi colonizzatori del materiale organico di origine vegetale, in quanto sono in grado di degradare le pareti cellulari ricche di cellulosa e di liberare, così, le sostanze più semplici da decomporre che si trovano all'interno delle cellule. Colonie di batteri specializzati nella decomposizione della cellulosa prosperano nel rumine e nell'intestino degli erbivori, che in assenza di questi microrganismi non sarebbero in grado di assorbire nessuna delle sostanze di cui è composta la loro dieta. La decomposizione del legno può essere accelerata dall'attività di insetti lignivori come le termiti, che nel loro intestino ospitano colonie di microbi che "digeriscono" la cellulosa e mettono a disposizione degli insetti le sostanze nutritive.

Acqua e suolo

I microrganismi sono abbondanti nel suolo e 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 t 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 crea un corto circuito nella rete alimentare globale del pianeta e ha una grande importanza ecologica nel riciclaggio delle acque superficiali, in quanto i protozoi riescono a tenere sotto controllo il numero dei batteri, che altrimenti, dividendosi ogni 20 minuti, produrrebbero ciascuno più di 1000 nuovi organismi ogni tre ore.

Microrganismi aerobi e anaerobi

La decomposizione è più rapida 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. Ciò è dovuto al fatto che in queste condizioni solo i microrganismi anaerobi (attivi in assenza di ossigeno) contribuiscono al processo di decomposizione del materiale organico, mentre quelli aerobi (attivi in presenza di ossigeno) muoiono. Tra i microrganismi anaerobi vi sono i batteri denitrificanti, solfato-riducenti e metanogeni, che ottengono energia rispettivamente da nitrati, solfati e anidride carbonica quasi nello stesso modo in cui i batteri aerobi la ottengono dall'ossigeno. Altri anaerobi si procurano, invece, l'energia attraverso la 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. Gli esempi più evidenti sono le 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; quest'ipotesi deve essere, tuttavia, ancora dimostrata da esperimenti in condizioni controllate.

Decomposizione e alimenti

Le reazioni di degradazione favorite dai microrganismi da un lato esercitano un ruolo importante in numerosi processi industriali, dall'altro lato costituiscono voci di spesa rilevanti nel bilancio di molte aziende. Ad esempio, la produzione di alimenti come il formaggio e lo yogurt richiedono l'attività di fermentazione di microrganismi specifici; le colture di questi microrganismi devono, tuttavia, essere tenute rigorosamente controllate, poiché la contaminazione da parte di altri ceppi microbici blocca la fermentazione e causa un rapido deterioramento degli alimenti, con alterazioni della consistenza, dell'odore o del sapore che ne riducono le proprietà organolettiche e la sicurezza. Lo sviluppo incontrollato di microrganismi nel corso della preparazione o dell'immagazzinamento dei prodotti alimentari può essere responsabile di gravi intossicazioni alimentari a danno dei consumatori. La decomposizione microbica degli alimenti può essere rallentata dalla conservazione in concentrazioni elevate di sale, zucchero o acidi deboli (sottaceti); dall'essiccazione o dalla refrigerazione; dall'uccisione dei microrganismi con il calore (conserve e prodotti pastorizzati) o con le radiazioni. Se si scongela un alimento congelato, si reidrata del cibo essiccato o si apre una conserva, la decomposizione di questi alimenti ha inizio non appena i saprofiti presenti nell'aria iniziano a contaminarli. La velocità dell'attività microbica dipende essenzialmente dalle condizioni igieniche dell'ambiente e dalla temperatura atmosferica. Generalmente, più bassa è la temperatura e minore è l'attività, che tuttavia non è mai nulla. Per questo motivo anche il cibo congelato si deteriora, sebbene molto lentamente. Solo l'inibizione chimica dell'attività microbica può proteggere questi tipi di cibi, una volta che vengono esposti all'aria (vedi Additivi alimentari). Alcuni microrganismi, soprattutto i funghi, possono crescere anche in alte concentrazioni di sale o zucchero; fortunatamente, tuttavia, queste contaminazioni sono generalmente molto visibili (come la muffa sulla marmellata) e il cibo viene così eliminato prima che possa causare danni.

Effetti su altre sostanze

Oltre agli alimenti, esistono numerosi altri esempi di sostanze che possono essere alterate dalla decomposizione microbica. Il legname da costruzione deve, ad esempio, essere tenuto all'asciutto o trattato con speciali composti chimici che ne prevengano la decomposizione. L'acqua deve essere rimossa regolarmente dai serbatoi di petrolio, per impedire la decomposizione selettiva degli idrocarburi. I componenti delle materie plastiche o delle vernici possono essere degradati, con conseguente perdita di proprietà specifiche o decolorazione. Le condutture di ferro possono essere corrose e gli edifici di cemento indeboliti dagli acidi prodotti dal metabolismo microbico. La capacità distruttiva dei microbi viene sfruttata in molti modi dall'uomo. Il trattamento dei liquami domestici è un primo esempio di cui si è parlato in precedenza; i microrganismi sono, inoltre, essenziali per il trattamento dell'inquinamento da petrolio, la detossicazione dei metalli pesanti e la decomposizione delle sostanze organiche presenti nelle discariche.