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 được biến đổi. Trên phạm vi

toàn cầu, trừ nguồn năng lượng được tiếp nhận
từ bên ngoài, sinh quyển, về phương diện vật
chất mà nói, là một đơn vị tự cung tự cấp hoàn
toàn.

Phân hủy là kết quả của cả các quá trình
vô sinh và hữu sinh. Những vụ cháy rừng
hay cháy đồng cỏ là yếu tố giới hạn, song cũng
là yếu tố điều chỉnh quan trọng của tự nhiên.
Chúng trực tiếp tham gia phân hủy các chất,
chuyển phần lớn khí CO2 và các khí khác vào
khí quyển, còn các khoáng chất vào trong đất.
Sự phân hủy các chất bởi sinh vật diễn ra từ từ,
chậm hơn so với sự oxy hóa tức thời của
“thần lửa”. Do các quá trình trên, nhất là do
hoạt động của sinh vật, trong sinh quyển nói
chung hay từng hệ sinh thái nói riêng, các xích
thức ăn liên tục được hình thành: xích thức ăn
chăn nuôi, xích thức ăn phế liệu và xích thức
ăn thẩm thấu. Nhờ sự phân hủy, trong môi
trường còn xuất hiện hàng loạt các chất
“ngoại tiết” (exocrine), tham gia vào quá
trình điều hòa hoạt động sống của các thành
viên cấu tạo nên quần xã. Các nhà sinh thái
học còn gọi các chất ngoại tiết là “hoocmon
môi trường”. Chúng là sản phẩm bài tiết, các
chất trao đổi trong hoạt động sống của thế giới
sinh vật dưới dạng các chất hữu cơ hòa tan.
Trong chúng, nhiều chất có hoạt tính sinh học
cao hoặc kìm hãm sự phát triển (các chất

kháng sinh như Penicilline ) hoặc kích thích
sự tăng trưởng của các loài khác (các
vitamin ), một số chất mang tính dẫn dụ, lôi
cuốn đồng loại khác giới hay các loài khác
tham gia vào việc thực hiện một chức năng
sống của mình (hương thơm của hoa, của các
tuyến tiết).

Những sinh vật phân hủy (bao gồm cả những
loài động vật) tham gia vào việc phân giải các
chất ở nhiều công đoạn khác nhau, từ thô đến
tinh, và bằng nhiều cách với sự có mặt của
hàng loạt các loại enzym đặc trưng mà không
một sinh vật nào có đủ. Nhờ vậy, ngay cả các
chất khó phân hủy nhất như cellulose, lignin
hay các hợp chất humic cũng không thể tồn
tại được, mà bị phân hủy tới cùng. Nhiều chất
gần như “trơ”, chẳngNhững sinh vật phân hủy
(bao gồm cả những loài động vật) tham gia
vào việc phân giải các chất ở nhiều công đoạn
khác nhau, từ thô đến tinh, và bằng nhiều cách
với sự có mặt của hàng loạt các loại enzym
đặc trưng mà không một sinh vật nào có đủ.
Nhờ vậy, ngay cả các chất khó phân hủy nhất
như cellulose, lignin hay các hợp chất humic
cũng không hạn nitơ, con người muốn phá vỡ
“cầu nối ba” giữa các nguyên tử để đưa chúng
vào dạng hợp chất. (NOX, NH3 ) phải tốn khá
nhiều năng lượng, chẳng kém gì cường độ
dòng điện của các tia chớp trong các cơn dông

thì một số vi khuẩn cố định đạm như
Azotobacter, Clostridium, Bacterium,
Oscillatoria, Methano, Methanococcus,
Desulfovibrio sống hiếu khí hoặc ky khí,
trong đất hoặc trong nước lại rất dễ dàng phá
vỡ “cầu nối ba” của phân tử nitơ bằng loại
enzym đặc hiệu của mình (nitrogenase ).

Tóm lại, trong quá trình hô hấp hay phân
huỷ vật chất bởi các nhóm sinh vật, sản
phẩm được hình thành chủ yếu là CO2,
H2O, song trong quá trình đó cũng có thể diễn
ra chưa đến giai đoạn kết thúc, ở điều kiện như
vậy, chất hữu cơ vẫn còn chứa một ít năng
lượng nhất định sẽ được các nhóm sinh vật
khác sử dụng và phân huỷ đến cùng.