Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

Nedbrydningens forskellige trin og processer

Oprindelige forfattere Glud og MKuhl

De første trin

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.

Forgæringsprocesser

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.

Annonce

 FIGUR 16-16. Det organiske stof oxideres med en række forskellige åndingsmidler, der giver anledning til dannelse af kemisk energi, kuldioxid og en række reducerede restprodukter.

FIGUR 16-16. Det organiske stof oxideres med en række forskellige åndingsmidler, der giver anledning til dannelse af kemisk energi, kuldioxid og en række reducerede restprodukter.

De næste trin – med og uden ilt

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).

Eksempel 1. De boblende rev i Kattegat

 Undervandsbillede af de boblende rev i det nordlige Kattegat. En ca. 0,5 m høj søjle af kalkmineraler tæt begroet med søanemoner.

Undervandsbillede af de boblende rev i det nordlige Kattegat. En ca. 0,5 m høj søjle af kalkmineraler tæt begroet med søanemoner.

Et unikt område i vores farvande er de „boblende rev” i det nordlige Kattegat. Under store dele af Himmerland, og under havbunden ud for Hirtshals og rundt om Læsø findes der områder med lommer af metan dannet ved mikrobiel nedbrydning af plantemateriale, som blev aflejret under den sidste mellemistid for ca. 125.000 år siden. Gaslommerne findes 10-100 m under sedimentoverfladen og giver lokalt anledning til en stadig udsivning af gasbobler fra små kratere. Gasudsivningen fra disse er i størrelsesordenen 1-5 liter metan per time.

Havbunden på de „boblende rev” er et panorama af forskellige skorstenslignende strukturer af kalkholdig sandsten, som kan være op til 4 m høje og have diametre på 0,1-1,5 m. Imellem skorste nene findes dels sandede sedimenter og dels eksponerede lagdelte kalkplader. På kalkudfældningerne findes en farvestrålende og artsrig epifauna. Samlet danner udfældningerne en revlignende struktur, der er et yndet skjul for mange fisk. Heraf navnet de boblende rev.

Det formodes, at kalkudfældningerne opstår ved både aerob og anaerob mikrobiel oxidation af den udsivende metan under sedimentoverfladen. Herved dannes forskellige kalkbjergarter så som kalcit, dolomit og aragonit, der igen forbinder sig med forskellige metaller. Ved strømpåvirkning borteroderes løst sediment, og de særegne strukturer blotlægges og koloniseres herefter af dyr og alger.

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.

Eksempel 2. De dybe dele af Skagerrak

Det centrale Skagerrak, der ligger på grænsen mellem Norge og Danmark, er med deres 700 m's vanddybde det dybeste havområde tæt på os. Området fungerer som et sedimentationsbassin med en årlig aflejring på 1-2 mm sediment og virker dermed som en fælde for manganoxider produceret i bundvandet i de omkringliggende havområder.

Sedimentet er enestående i kraft af sit høje manganindhold, der giver bunden en karakteristisk chokoladebrun farve. Det betyder, at stofomsætningen domineres totalt af manganrespiration. Den rørboende børsteorm Spiochaetopterus bergensis sikrer en effektiv opblanding af overfladesedimentet, hvilket bringer manganoxider ned under den iltede zone og øger den opadrettede transport af reducerede manganioner.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Ronnie Glud, Michael Kühl: Nedbrydningens forskellige trin og processer i Naturen i Danmark, Fenchel, Larsen, Vestergaard, Friis Møller og Sand-Jensen (red.), 2006-13, Gyldendal. Hentet 21. maj 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=483492

Teksten indgår i værket Naturen i Danmark, der består af 5 bind. I værket beskrives dyr og planter i Danmarks vandløb, have, skove og åbne landskaber. Læs om værket på gyldendal.dk