Микробиология разложения — это изучение всех микроорганизмов, участвующих в разложении , химических и физических процессов, в ходе которых органическое вещество расщепляется и восстанавливается до исходных элементов.
Микробиологию разложения можно разделить на две области интересов, а именно разложение растительного материала и разложение трупов и туш.
Разложение растительных материалов обычно изучают, чтобы понять круговорот углерода в данной среде и понять последующее воздействие на качество почвы . Разложение растительного материала также часто называют компостированием. Разложение трупов и туш стало важной областью исследований в области судебно-медицинской тафономии .
Разрушение растительности во многом зависит от уровня кислорода и влажности. Во время разложения микроорганизмам для дыхания необходим кислород. Если в среде разложения преобладают анаэробные условия, микробная активность будет медленной и, следовательно, разложение будет медленным. Соответствующий уровень влажности необходим для размножения микроорганизмов и активного разложения органических веществ. В засушливой среде бактерии и грибы высыхают и не могут принимать участие в разложении. Во влажной среде развиваются анаэробные условия, и разложение также можно значительно замедлить. Разлагающиеся микроорганизмы также требуют соответствующих растительных субстратов для достижения хорошего уровня разложения. Обычно это означает наличие подходящего соотношения углерода и азота (C:N). Считается, что идеальное соотношение углерода и азота при компостировании составляет примерно 30:1. Как и любой микробный процесс, разложение растительного опада микроорганизмами также будет зависеть от температуры. Например, листья на земле не будут разлагаться в зимние месяцы, когда образуется снежный покров, поскольку температуры слишком низкие для поддержания микробной активности. [1]
Процессы разложения трупов и туш изучаются в области судебно-медицинской тафономии с целью:
Декомпозиционную микробиологию применительно к судебно-медицинской тафономии можно разделить на 2 группы исследований:
При рассмотрении трупов и туш гниение – это размножение микроорганизмов в организме после смерти, а также разрушение тканей, вызванное ростом бактерий. Первыми признаками гниения обычно являются изменения цвета тела, которые могут варьироваться от оттенков зеленого, синего, красного или черного в зависимости от 1) места, где наблюдаются изменения цвета, и 2) того, на каком этапе процесса разложения происходит наблюдение. Это явление известно как мраморность. Изменение цвета является результатом высвобождения желчных пигментов в результате ферментативной атаки печени , желчного пузыря и поджелудочной железы и выделения продуктов распада гемоглобина. [2] Размножение бактерий по всему организму сопровождается выработкой значительного количества газов из-за их способности к ферментации . [3] По мере того, как газы накапливаются в полостях тела, тело разбухает и вступает в стадию разложения.
Поскольку кислород присутствует в организме в начале разложения, аэробные бактерии процветают на первых стадиях процесса. По мере увеличения микробной популяции накопление газов переводит окружающую среду в анаэробные условия, за которыми, как следствие, следует переход к анаэробным бактериям . [4] Считается, что желудочно-кишечные бактерии ответственны за большинство гнилостных процессов, происходящих в трупах и тушах. Частично это можно объяснить впечатляющей концентрацией жизнеспособных желудочно-кишечных организмов и метаболическими способностями, которыми они обладают, что позволяет им использовать множество различных источников питательных веществ. [5] Желудочно-кишечные бактерии также способны мигрировать из кишечника в любой другой участок тела с помощью лимфатической системы и кровеносных сосудов . [6] Кроме того, мы знаем, что колиформные разновидности стафилококков являются важными представителями аэробных гнилостных бактерий и что представители рода Clostridium составляют большую часть анаэробных гнилостных бактерий. [7]
Трупы и туши обычно оставляют разлагаться при контакте с почвой, будь то захоронение в могиле или оставление разлагаться на поверхности почвы. Это позволяет микроорганизмам, находящимся в почве и воздухе, контактировать с телом и принимать участие в процессе разложения. Сообщества почвенных микроорганизмов претерпевают изменения и в результате выщелачивания жидкостей разложения в окружающую среду. На трупах и тушах часто наблюдаются признаки роста грибков, что позволяет предположить, что грибы используют организм в качестве источника питательных веществ.
Точное воздействие, которое разложение может оказать на окружающие почвенные микробные сообщества, остается неясным, поскольку некоторые исследования показали увеличение микробной биомассы после разложения, тогда как в других наблюдалось снижение. Вполне вероятно, что выживание микроорганизмов на протяжении всего процесса разложения сильно зависит от множества факторов окружающей среды, включая pH, температуру и влажность.
Жидкости разложения, попадающие в почву, представляют собой важный приток органических веществ и могут также содержать большую микробную нагрузку организмов из организма. [8] Район, где большая часть жидкости разложения вымывается в почву, часто называют островом разложения трупа (CDI). [9] Было замечено, что разложение может оказать благоприятное влияние на рост растений из-за повышения плодородия, что является полезным инструментом при попытке найти тайные могилы. [10] Изменения в концентрации питательных веществ могут иметь долгосрочные последствия, которые наблюдаются спустя годы после полного исчезновения тела или туши. [11] Влияние, которое выброс питательных веществ может оказать на микроорганизмы и растительность данного участка, не совсем изучено, но похоже, что разложение изначально оказывает ингибирующее действие на начальной стадии, прежде чем перейти ко второй стадии усиленного роста.
Хорошо известно, что грибы гетеротрофны по соединениям углерода и почти всем другим необходимым им питательным веществам. Они должны получать их посредством сапрофитных или паразитических связей со своими хозяевами, что вовлекает их во многие процессы разложения.
Было выявлено две основные группы грибов, связанных с разложением трупов:
Аммиачные грибы делятся на две группы, называемые «грибы ранней стадии» и «грибы поздней стадии». Такая классификация возможна благодаря преемственности, наблюдаемой между типами грибов, плодоносящих в среде захоронения или вокруг нее. Переход между двумя группами происходит после выделения азотистых продуктов из тела при разложении. Грибы ранней стадии описываются как аскомицеты , дейтеромицеты и сапрофитные базидиомицеты, тогда как грибы поздней стадии состоят из эктомикоризных базидиомицетов. [12]
Учитывая, что количество судебно-медицинских дел, в которых наблюдаются значительные количества мицелия, довольно велико, исследование микот, связанных с трупами, может оказаться ценным для научного сообщества, поскольку они обладают большим судебно-медицинским потенциалом.
На сегодняшний день опубликована только одна попытка использования грибов в качестве маркера PMI в судебно-медицинском деле. [13] В исследовании сообщалось о присутствии двух типов грибов ( Penicillium и Aspergillus ) на теле, найденном в колодце в Японии, и утверждалось, что они могут оценить PMI примерно как десять дней на основе известных циклов роста рассматриваемых грибов. .