Znaczenie destruentów w krążeniu materii w ekosystemach lądowych i wodnych

Środowisko nie jest zbiorem luźno zestawionych elementów, lecz układem ściśle powiązanych ze sobą składników, tworzących sieć różnorodnych zależności- ekosystemem, w którym krąży materia i przez który przepływa energia; biocenoza (zespół populacji różnych gatunków, występujących w danym środowisku i powiązanych różnego rodzaju zależnościami) nie może funkcjonować w oderwaniu od swojego biotopu (abiotyczne środowisko życia organizmów). Biotop pozbawiony biocenozy bardzo szybko przekształca się w siedlisko, w którym odtworzenie pierwotnej biocenozy jest bardzo trudne. W każdym z ekosystemów (którym może być zarówno ocean, jak i mały staw czy akwarium) istnieje stan równowagi biologicznej, jeśli ani obieg materii, ani przepływ energii nie zostały zakłócone. Materię organiczną wytwarzają organizmy samożywne w procesie fotosyntezy. Producenci, korzystając z energii świetlnej, przetwarzają pobrane ze środowiska proste związki nieorganiczne w złożone związki organiczne, które konsumenci zużywają jako materiał budulcowy i źródło energii. Obumarłe szczątki, zarówno producentów, jak i konsumentów, są przez destruentów rozkładane do prostych związków nieorganicznych i w ten sposób materia wraca do środowiska, skąd znowu może zostać pobrana przez producentów, a niezbędne do życia pierwiastki krążą w ekosystemie. Obieg materii zostaje zamknięty. Jego istnienie, za które odpowiedzialne są bakterie i grzyby, warunkuje życie na Ziemi. Skupmy się więc na destruentach, ich pozytywnym i negatywnym wpływie na ekosystemy lądowe i wodne.

Jak już wiemy, destruenci stanowią grupę organizmów heterotroficznych, które odżywiają się martwą materią organiczną i rozkładając ją na proste związki nieorganiczne, dostarczają je roślinom zielonym. Do grupy tej należą głównie bakterie i niektóre grzyby.

Bakterie należą do najstarszych organizmów na Ziemi; istnieją już około 3 miliardów lat. To właśnie wśród nich pojawiły się takie komórki, które po raz pierwszy przeprowadziły proces fotosyntezy. Konsekwencją tego było zwiększenie zawartości tlenu w atmosferze, dzięki czemu powstały warunki dalszego rozwoju życia. Bakterie występują wszędzie: w organizmach zwierząt i roślin, głęboko w oceanach, w glebie, w powietrzu, są przyczepione do skał omywalnych przez wodę z gorących źródeł. Spośród wszystkich drobnoustrojów mają największe znaczenie w przyrodzie: umożliwiają życie na Ziemi, biorąc udział w mineralizacji substancji organicznych; są jednym z głównych czynników umożliwiających krążenie materii w przyrodzie. Wiemy już, że ogromna większość bakterii należy do organizmów cudzożywnych, czyli odżywiających się pokarmem, który zawiera gotowe związki organiczne. Podczas pobierania pokarmu rozkładają one za pomocą enzymów złożone substancje organiczne na związki prostsze, mogące przeniknąć do wnętrza komórki. Jednocześnie wywołują one przez to duże zmiany w podłożu, na którym żyją. Ponieważ bakterie znajdują się prawie wszędzie i bardzo łatwo się rozmnażają, więc w przyrodzie zmiany te zachodzą na dużą skalę, a w rozmaitych dziedzinach gospodarki wykorzystywane są świadomie przez człowieka. Istoty żywe, tj. rośliny, zwierzęta i ludzie, zbudowane są z substancji organicznej. Związki organiczne wchodzące w skład ciała żywych organizmów zostały wytworzone przez rośliny samożywne, głównie dzięki fotosyntezie roślin zielonych. Rośliny te ze składników nieorganicznych, pobranych z otoczenia, wytwarzają różne postacie substancji organicznej, która służy jako pokarm dla ludzi i zwierząt. Po krótszym lub dłuższym okresie życia każda żywa istota umiera. Substancja organiczna zawarta w martwych ciałach tych istot ulega stopniowemu rozkładowi na proste składniki nieorganiczne, z jakich przedtem powstała. Rozkład ten zachodzi w przyrodzie pod wpływem różnych gatunków bakterii i grzybów. Rozkładając tę masę organiczną, bakterie i grzyby przyczyniają się do wytworzenia próchnicy w glebie i do wzbogacenia jej w proste związki nieorganiczne. Dzięki temu zachodzi stały proces odnawiania się żyzności gleby. Wśród licznych gatunków bakterii żyjących w glebie, spotkamy bakterie powodujące rozkład substancji białkowych, bakterie rozkładające błonnik, bakterie nitryfikacyjne i denitryfikacyjne, bakterie przyswajające wolny azot z powietrza oraz wiele innych. Wskutek obecności rozmaitych bakterii zachodzą w glebie bezustanne przemiany chemiczne. Działanie bakterii prowadzi w następstwie do rozkładu różnych rodzajów związków organicznych na proste składniki nieorganiczne, które mogą być wykorzystywane jako pokarm przez rośliny uprawne. Bakterie zatem przyczyniają się do nagromadzenia w glebie łatwo dostępnych dla roślin składników pokarmowych, co podnosi jej żyzność. Bakterie glebowe, których w 1 g gleby jest około 2,5 miliarda, a w 1 ha całkowita ich masa wynosi 10000 kg, powodują tworzenie próchnicy w glebie. Wzbogacają ubogie gleby poprawiając ich strukturę. Podczas przemian zachodzących w glebie powstają pod wpływem bakterii organiczne związki humusowe, które razem z innymi składnikami gleby tworzą próchnicę. Znaczenie próchnicy polega nie tylko na tym, że zawiera ona potrzebne dla roślin uprawnych składniki pokarmowe, lecz i na tym, że jej obecność poprawia strukturę gleby. Dzięki bowiem próchnicy gleby lżejsze nabierają zwięzłości i stają się gruzelkowate, wskutek czego dłużej zatrzymują wilgoć, gleby zaś zwięzłe uzyskują przewiewność potrzebną roślinom do życia. Chociaż niektóre z nich wywołują choroby, jest też wiele gatunków bardzo pożytecznych. Pomagają one w rozkładnie i powtórnym wykorzystaniu martwych tkanek, rozkładają celulozę w żwaczu (część żołądka przeżuwaczy) krów, owiec i kóz. Umożliwiają ponadto powstawanie obornika. Obornik składa się ze ściółki, zawierającej obumarłe szczątki roślin i wydalin zwierząt. Podobnie jak w glebie, tak i w oborniku rozwijają się rozmaite bakterie powodujące fermentacje, w wyniku której związki organiczne obornika ulegają rozkładowi na proste składniki mineralne. Gleba zasilona obornikiem uzyskuje nowe ilości gotowych mineralnych składników pokarmowych oraz materiał organiczny, który po odpowiednim przetworzeniu przez bakterie glebowe staje się przyswajalny dla roślin. Podobnie dzieje sie z materiałem, który nagromadzony jest w stosach kompostowych. Bakterie są ponadto używane w produkcji serów, wina, octu i jogurtu. Brodawki w korzeniach roślin motylkowych (na przykład koniczyny lub grochu) są siedliskiem bakterii, które umożliwiają zmianę atmosferycznego azotu w związki azotowe, wykorzystywane przez rośliny do produkcji białka. Gdyby nie bakterie, organizmom roślinnym brakowałoby azotu i dwutlenku węgla. Powodują one, że pierwiastki te znajdują się w środowisku w ciągłym obiegu. Z powodu braku tlenu na dnie zbiorników wodnych tworzą się pustynie tlenowe, gdzie mogą dodatkowo powstawać trujące gazy, jak siarkowodór, metan czy amoniak. Taka sytuacja powstaje tylko wówczas, gdy ilość doprowadzanych ścieków komunalnych lub nawozów mineralnych z pól jest tak duża, iż giną bakterie tlenowe, które rozkładają całkowicie szczątki organiczne. Ale skąd biorą sie te trujące gazy? Otóż żyjące na dnie bakterie tlenowe, dopóki mogą korzystać z tlenu rozpuszczonego w wodzie, rozkładają szczątki organiczne całkowicie, tzn. do prostych związków nieorganicznych (pamiętając, że tlenu jest w wodzie tylko tyle, ile da się rozpuścić). Jeśli bakterie zużyją cały tlen, zanim w skutek ruchów wody lub napowietrzanie jego zawartość zostanie uzupełniona, to tworzy się w tym miejscu pustynia tlenowa. Bakterie giną, gdyż podobnie jak ludzie bez tlenu żyć nie mogą. w ten sposób tworzy się odpowiednie, beztlenowe środowisko dla tych bakterii, które do życia nie potrzebują tlenu. One to właśnie zastępują poprzednie organizmy, ale szczątki potrafią rozłożyć tylko do pewnego momentu, czyli do momentu powstania np. siarkowodoru i metanu. Wystarczy powrót tlenu w to miejsce, żeby bakterie tlenowe zaczęły powoli oczyszczać zbiornik z trujących gazów. Będąc w oczyszczalni ścieków zauważyć można, że tzw. osad czynny (który tworzą min. bakterie) cały czas jest mechanicznie mieszany z przepływająca przez niego wodą. Tym sposobem bakterie odgrywają bardzo ważna rolę w procesach samooczyszczania sie wód, a przez człowieka są wykorzystywane w oczyszczalniach ścieków, by tam współdziałać z innymi organizmami w biologicznym oczyszczaniu wód. Bakterie też coraz częściej stosuje się do przerobu odpadów, w wyniku czego otrzymujemy energię cieplną (biogaz) i cenny nawóz dla rolnictwa.

Terminem "grzyb" określa się bardzo zróżnicowaną grupę organizmów, które mają jedną cechę wspólną: nie potrafią same produkować pokarmu i z tego powodu są zmuszone żyć w lub na innych organizmach (jako pasożyty) albo żywić się martwą materią organiczną (jako saprofity), są więc organizmami heterotroficznymi, zróżnicowanymi na saprofity, pasożyty, symbionty. Grzyby, które żyją na rozkładającej się materii organicznej, są często pożyteczne, gdyż przyśpieszają procesy gnilne i przyczyniają sie do ponownego włączenia ważnych pierwiastków w obieg materii.Grzyby odżywiają się heterotroficznie przez pobieranie substancji organicznych z otoczenia. Ściana komórkowa uniemożliwia im jednak endocytoze, w związku z czym muszą wchłaniać związki organiczne w formie prostej. Aby zapewnić sobie dostęp tych substancji, produkują enzymy trawienne, które wydzielane na zewnątrz grzybni, trawią dostepną materi organiczną. Jeżeli pobierana materia organiczna pochodzi z martwych szczątków, mówimy o grzybach saprofitycznych, jeżeli zaś z żywych organizmów, to są to grzyby pasożytnicze. Do saprofitycznych rodzajów grzybów należą też jadalne grzyby kapeluszowe i przysmaki, takie jak trufle.Grzyby uczestniczą w krążeniu pierwiastków w przyrodzie. To właśnie brak barwników fotosyntetycznych zmusza je do pasożytnictwa lub saprotrofii. Saprotrofia to odżywianie się związkami pochodzącymi z martwej materii organicznej. Większość grzybów to jednak saprofity. Związki odżywcze czerpią z opadłych liści, martwych ciał zwierząt i roślin, odchodów, drewna, trocin, ściółki przesyconej próchnicą, itp. Większość odpadków z gospodarki leśnej i rolnej składa się z trzech różnych składników: celulozy (35-50%), hemicelulozy (25-45%) i ligniny (15-35%). Przy rozkładzie tych związków naturalną przewagę nad bakteriami wykazują grzyby, wydzielają bowiem enzymy o dużej aktywności: celulaze, hemicelulaze i ligninaze. Często przy rozkładzie materii grzyby korzystają z fragmentów już rozdrobnionych przez zwierzęta. Złożone związki organiczne rozkładane są na cukry proste, aminokwasy, kwasy tłuszczowe, a te na związki nieorganiczne, wykorzystywane następnie przez rośliny. Bez tego podstawowego procesu rozkładu, wzrost roślin, od których życie na Ziemi jest ściśle zależne, zostałby zahamowany bądź wręcz uniemożliwiony z powodu braku prostych substancji mineralnych. Tak więc żyzność ziemi jest związana z aktywnością życiową grzybów. Szybkość rozkładu szczatków roślinnych jest znaczna. Wystarczy porównać dno liściastego lasu jesienią i wiosną. W czasie jesiennych i zimowych miesięcy wilgoć, gryzonie, ślimaki, owady, grzyby i bakterie skutecznie oczyszczają i użyźniają dno lasu. Najważniejsza rola w tym procesie przypada właśnie grzybom. Najbardziej pożytecznymi z grzybów są drożdże. Są one w stanie przeprowadzić fermentację alkoholową cukrowców- zdolność, którą wykorzystujemy w browarnictwie i gorzelnictwie. Drożdże są także wykorzystywane w piekarnictwie- dzięki nim rośnie ciasto. Uwalniaja one dwutlenek węgla, który powoduje powstawanie pęcherzyków, czyniąc w ten sposób ciasto pulchnym i łatwiejszym do strawienia. Fermentacje wywołują enzymy, które sa obecne w komórkach drożdży. To dlatego żywe drożdże nie są koniecznie potrzebne do przeprowadzenia fermentacji- wystarcza martwe lub spreparowane. Są także ważnym źródłem witaminy B. Trichoderma viridiae jest kolejnym grzybem wykorzystywanym przez człowieka. Produkuje on enzym rozkładający celulozę i jako taki jest wykorzystywany do rozkładu papieru gazetowego. Enzym ten nie działa na tusz drukarski i inne domieszki, tak więc pozostają one na dnie zbiornika jako czarny szlam, który może być stamtąd łatwo usunięty. Antybiotyki produkowane przez grzyby pomogły ocalić przed śmiercią wiele tysięcy ludzi: rola pędzlaka produkującego penicylinę jest doskonale znana. Inne gatunki pędzlaków są wykorzystywane w wytwarzaniu sera (ciemne smugi w serach pleśniowych są związane z występowaniem w nich przybów). Gatunki z rodzaju Penicillium występują powszechnie w każdym rodzaju rozkładającej się materii organicznej, zarówno pochodzenia zwierzęcego, jak i roślinnego. Występują także w glebie i na owocach na całym świecie (podczas poszukiwania lepszych szczepów pędzlaków do produkcji antybiotyków pobierano próbki z gleby i owoców całego świata). Grzyby są także pokarmem dla zwierzat i czlowieka, dostarczajac związków mineralnych, witamin (nie należy zbierać grzybów posiadających substancje trujące; do takich grzybów występujących w Polsce zaliczamy: muchomora sromotnikowego, wiosennego, jadowitego, wieruszke ciemna, zaslonaka rudego, krowiaka podwiniętego). Corocznie grzyby są przyczyną wielkich strat w zbiorach- choroby wywołane przez grzyby, jak chociażby zaraza ziemniaczana, były przyczyna wilkiej klęski głodu w Irlandii w połowie XIX wieku, Europejskieodmiany ziemniaka nie były tak odporne na tą chorobę, jak rodzime odmiany z Ameryki Południowej, i w ciągu kilku lat od momentu pierwszych zauważalnych oznak choroby na liściach, całe pola zmieniły sie w sczerniałą masę zwiędłych, gnijących roślin. W wyniku tej klęski ludność Irlandii zaczęła głodowac i w ciągu 10 lat zmniejszyła sie o dwa miliony. Obecnie uprawa bardziej odpornych odmian i zastosowanie skutecznych środków przeciwgrzybicznych w dużym stopniu ograniczyła wpływ zarazy ziemniaczanej na zbiory. Brodawczyca ziemniaka jest wywołana obecnością grzyba Synchytrium endobioticum i objawia sie występowaniem brodawek na bulwach, za kiłę kapuścianą, na która chorują różne gatunki kapust, jest odpowiedzialny grzyb Plasmodiophora brassocae. Dopóki nie zaczęto uprawiać bardziej odpornych omian i stosować fungicydów, plony zbóż, takich jak pszenica, jęczmień i ryż, były często niszczone przez różnorodne gatunki grzybów.

Reasumując znaczenie grzybów saprofitów w przyrodzie jest w zasadzie takie samo, jak bakterii, ponieważ w łańcuchu pokarmowym też są destruentami. Tak, jak bakterie mają znaczenie w obiegu azotu i węgla w przyrodzie, gdyż przekształcają materię organiczną w związki proste. W ten sposób zapobiegają nagromadzeniu sie martwych organizmów. Istnienie takiego obiegu materii, za który odpowiedzialne są bakterie i grzyby, warunkuje życie na Ziemi.