Nedbrydningens forskellige trin og processer

De fleste bakterier kan kun optage forholdsvis små molekyler gennem deres cellemembran. Derfor foregår nedbrydningen af forskellige store molekyler (proteiner, fedtstoffer og polysakkarider) i første omgang uden for cellerne. Frigivne enzymer og enzymer på bakteriernes overflade spalter de store molekyler til mindre, som bakterierne herefter optager til videre nedbrydning.

Bakterier, der lever af organisk stof, kan så optage simple forbindelser som kulhydrater og aminosyrer i cellerne. Her nedbrydes stofferne yderligere gennem forgæring. Ved forgæring spaltes de organiske stoffer i endnu mindre molekyler (f.eks. acetat, propionat og brint).

Forgæringsprocesser producerer kun lidt energi, for nedbrydningen er ikke fuldstændig. Forgæringsprodukterne kan derimod omsættes af andre organismer.

Den mikrobielle nedbrydning består af en lang række forskellige enkeltprocesser, der i større eller mindre grad er koblede. Ved nedbrydningen af de komplekse organiske forbindelser dannes til slut kuldioxid og uorganiske næringsstoffer. En del af materialet kan dog ikke nedbrydes fuldstændigt og indlejres sammen med uorganiske restprodukter i havbunden.

De fleste biologiske stofskifteprocesser er kemiske reaktioner, såkaldte redoxprocesser, hvor elektroner overføres fra en elektrondonor (reduktionsmidlet) til en elektronacceptor (åndingsmidlet). Det stof, der optager elektroner, reduceres, og det stof, der afgiver elektroner, oxideres.

En fuldstændig nedbrydning af organisk stof (her betegnet som CH₂O) med ilt som åndingsmiddel kan skrives på følgende måde:

CH₂O + O₂ → CO₂ + H₂O + kemisk energi.

Der overføres elektroner fra det organiske stof til ilt, der således fungerer som et åndingsmiddel. Praktisk taget alle dyr (mennesket inkluderet) benytter sig af denne energigivende proces til nedbrydning af organisk stof, og processen betegnes som en aerob heterotrof respiration. I den øverste iltholdige del af havbunden lever en række bakterier på helt tilsvarende vis.

Ilt er dog ikke særlig opløseligt i havvand og dækker ikke behovet for åndingsmidler til nedbrydning af de relativt store mængder organisk materiale, der når havbunden i kystnære områder. Ilten opbruges derfor hurtigt og når almindeligvis ikke længere end nogle få millimeter ned i havbunden (boks 16-1).

I de dybereliggende iltfrie sedimentlag findes en lang række bakteriegrupper, der kan klare nedbrydningen uden ilt ved en såkaldt anaerob heterotrof respiration. De benytter sig af andre åndingsmidler såsom nitrat, mangan- og jernoxider, sulfat og kuldioxid.

De forskellige åndingsmidler giver forskelligt energiudbytte. Ilt giver mest, så følger nitrat, mangan- og jernoxider, sulfat og til sidst kuldioxid. I uforstyrrede sedimenter fører dette til en overordnet zonering i sedimentet, hvor de mest effektive åndingsmidler opbruges først i de øverste sedimentlag. Derfor dominerer sulfatrespiration i princippet først i dybereliggende sedimentlag, hvor der hverken er nitrat eller metaloxider til rådighed. De fleste danske sedimenter har imidlertid en meget aktiv bundfauna, og dyrenes aktivitet bryder zoneringen, så de forskellige aerobe og anaerobe processer og de bakterier, som udfører dem, får en mere mosaikagtig fordeling, især øverst i sedimentet.

Brug af kuldioxid som åndingsmiddel giver anledning til dannelse af metan (også kaldet sumpgas), der under specielle forhold kan resultere i større gasudslip fra havbunden (se "Liglagen" og bundvendinger). Metan dannes også ved en anden proces, hvor dele af det organiske stof oxideres, mens en anden del reduceres til metan. Denne proces kendes fra organisk berigede systemer:

CH₂O + CH₂O → CH₄ + CO₂

Metanbakterier udgør en meget speciel gruppe af bakterier, der er overordentlig følsomme over for ilt: De inaktiveres eller dræbes af blot spormængder af det.

I de kystnære områder forløber stofnedbrydningen i havbunden først og fremmest uden ilt, og da havvand er rigt på sulfat, mens mængden af de øvrige åndingsmidler er begrænset, er sulfatrespirationen generelt den vigtigste nedbrydingsproces i de indre danske farvande. Der findes dog områder med store tilførsler af metaloxider, hvor respiration med jern og mangan kan dominere stofnedbrydningen (eksempel 2).

I dybhavet, hvor kun en lille andel af det organiske materiale når sedimentet, er der et mindre behov for åndingsmidler. Her forløber nedbrydningen primært med ilt og den iltholdige zone strækker sig mere end 10-20 cm ned i havbunden.

Værket Naturen i Danmark i fem bind udkom i årene 2006-2013. Teksten ovenfor er kapitlet Nedbrydningens forskellige trin og processer.

• Forrige afsnit er Nedbrydningens forskellige aktører
• Næste afsnit er Restprodukterne fra den anaerobe nedbrydning