Quá trình phân hủy các chất
trong hệ sinh thái
Quá trình này ngược với quá trình tổng
hợp các chất. Đến nay, sinh quyển đang
trong trạng thái ổn định của mình, hai
quá trình trên cũng ổn định, nếu không bị
chính con người hủy hoại. Quá trình
phân hủy các chất trong tự nhiên xảy ra
theo các dạng chính:
+ Hô hấp hiếu khí hay oxy hóa sinh học,
trong đó chất nhận điện tử (hay là chất
oxy hóa) là oxy phân tử. Hô hấp hiếu khí
ngược với quá trình quang hợp, tức là các
chất hữu cơ bị phân giải để cho sản phẩm
cuối cùng là khí cacbon dioxyt (CO2) và
nước. Do đó, tất cả các loài động thực
vật, cũng như đa số đại diện của Monera
và Protista mới có năng lượng để duy trì
mọi hoạt động sống và cấu tạo nên
chất sống riêng cho mình. Tuy nhiên,
CO2, nước và chất tế bào cũng có
thể được tạo thành, song nếu phản
ứng oxy hóa chưa hoàn toàn kết thúc thì
các hợp chất hữu cơ ấy vẫn còn được
phân hủy tiếp bởi các nhóm sinh vật khác
trong điều kiện đặc biệt như hô hấp kỵ
khí hoặc lên men.
+ Hô hấp kỵ khí xảy ra không có
sự tham gia của oxy phân tử. Chất
nhận điện tử (hay chất oxy hóa) không
phải là O2 mà là chất vô cơ hay chất hữu
cơ khác. Nhiều vi sinh vật hoại sinh (vi
khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh) tiến
hành phân hủy các chất trong điều
kiện không có oxy. Chẳng hạn, vi
khuẩn mê tan phân giải các hợp chất
hữu cơ để tạo thành khí mê tan
(CH4) bằng cách khử cacbon hữu cơ
hoặc vô cơ (cacbonat) trong các đáy ao
hồ. Vi khuẩn mê tan còn tham gia vào
việc phân hủy phân gia súc và phân
của các loài nhai lại khác. Vi khuẩn
Desulfovibrio khử sunphat trong các trầm
tích biển sâu để tạo thành H2S như ở biển
Đen.
Nhiều nhóm vi khuẩn (vi sinh vật kỵ khí
tùy ý) có khả năng hô hấp hiếu khí và kỵ
khí, tuy nhiên, năng lượng được giải
phóng ra do hô hấp hiếu khí cao hơn
nhiều so với hô hấp kỵ khí. Vi
khuẩn hiếu khí (Aerobacter) được
nuôi trong điều kiện hiếu khí và kỵ
khí bằng nguồn thức ăn hydrat cacbon,
khi có mặt O2 thì hầu như tất cả glucose
chuyển thành sinh khối của vi khuẩn và
CO2, còn khi không có mặt O2 sự phân
hủy xảy ra không hoàn toàn, chỉ có một
lượng rất nhỏ chuyển thành hợp chất hữu
cơ chứa cacbon trong tế bào, trong khi
hàng loạt các hợp chất hữu cơ khác lại
được tiết ra môi trường.
- Sự lên men: Đó là quá trình hô hấp kỵ
khí, nhưng các chất hữu cơ bị oxy hóa
(chất khử) cũng là chất nhận điện tử (chất
oxy hóa). Trong quá trình này xảy ra sự
khử hydro, kéo theo là sự bẻ gãy các chất
hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản
hơn.
Tham gia vào quá trình lên men có các vi
sinh vật kỵ khí nghiêm ngặt hoặc kỵ khí
tuỳ ý. Trong trường hợp lên men bởi vi
sinh vật kỵ khí tùy ý, ở điều kiện có oxy,
vi sinh vật chuyển sang hô hấp hiếu khí.
Những vi sinh vật sống kỵ khí, kỵ khí tùy
ý, hiếu khí khi tham gia vào các quá trình
hô hấp và phân hủy các chất đều đóng
vai trò rất lớn trong các hệ sinh thái.
Chúng là những “vệ sinh viên”, thực hiện
sự phân hủy các hợp chất đến giai đoạn
cuối cùng, (giai đoạn khoáng hóa) để trả
lại cho môi trường, cho các chu trình vật
chất những hợp chất vô cơ đơn giản nhất
hay những nguyên tố hóa học đã bị lôi
cuốn ngay từ đầu vào các vòng luân
chuyển khôn cùng.
Tổng hợp các chất rồi lại phân hủy
chúng, nói chung, là chức năng hoạt
động của các quần xã sinh vật. Nhờ vậy,
vật chất được quay vòng còn năng lượng