Fäulnis und Verwesung

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1 Fäulnis und Verwesung Jonas Buchholz 21. April 2008

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 4 2 Vorgänge der Verwesung/Fäulnis Vorgänge der Verwesung Saprobionten Sauerstoffatmung Humifizierung Vorgänge der Fäulnis Nitrat- und Sulfat-Atmung Gärung Unabhängige Vorgänge Autokatalytischer Abbau Vergleich: Verwesung - Fäulnis Faktoren Temperatur Feuchtigkeit Bedeutung und Nutzen Bedeutung im Ökosystem Kohlenstoffkreislauf Stickstoffkreislauf Nutzen in der Forensik Sonstige Nutzen Versuch Materialien Aufbau Durchführung Beobachtungen und Auswertung Verwesung Verwesung Fäulnis 1 (Küche) Fäulnis 2 (Garten) Faktoren Probleme und mögliche Mängel Zusammenfassung 28 2

3 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis 1 Sauerstoffatmung am Beispiel der Zellatmung [6] Gärung am Beispiel der alkoholischen Gärung Der Kohlenstoffkreislauf in vereinfachter Form Der Stickstoffkreislauf in vereinfachter Form Material Banane am ersten Tag, dem Banane am 19. Tag, dem Banane am 47. Tag, dem Weißer Schimmel Grüner Schimmel Roter Schimmel Fleisch (Verwesung) am ersten Tag, dem Fleisch (Verwesung) am 19. Tag, dem Fleisch (Verwesung) am 47. Tag, dem Fettgewebe Fleisch (Fäulnis 1) am ersten Tag, dem Fleisch (Fäulnis 1) am 47. Tag, dem Fleisch (Fäulnis 2) am ersten Tag, dem Fleisch (Fäulnis 2) am 47. Tag, dem

4 1 Einleitung 1 Einleitung In der folgenden Seminararbeit werde ich mich mit der natürlichen Zersetzung organischen Materials, der Verwesung und der Fäulnis, beschäftigen. Hierbei werde ich die biologischen und chemischen Hintergründe von der Verwesung und der Fäulnis beschreiben, wie sie funktionieren und sie vergleichen. Insgesamt werde ich jedoch nur die einzelnen Vorgänge genau beleuchten und nicht ausführlich auf die äußeren Faktoren, welche beispielsweise zur Mumifizierung führen können, eingehen. Zudem werde ich mich mit der Bedeutung beider Vorgänge in unserem Ökosystem auseinandersetzen und deren Nutzen in unserer heutigen Gesellschaft untersuchen. Ich werde eine Versuchsreihe aufstellen, in der ich überprüfe, ob die Theorie sich auch in der Praxis beweisen lässt. Hierzu werde ich organisches Material vom Tier und von einer Pflanze unter verschiedenen Bedingungen verwesen bzw. verfaulen lassen und anschließend gründlich untersuchen. Einige grundlegende Aspekte sind mir bereits aus dem Biologieunterricht bekannt, wie beispielsweise die Zellatmung oder die Gärung. Dies hat mir bei der Arbeit und dem Verständnis der Vorgänge sehr geholfen. Aufmerksam auf dieses Thema bin ich durch einen Foreneintrag geworden, den ich im Internet in einem Biologieforum fand. Dort hatte sich jemand mit der Verwesung und der forensischen Entomologie, also der Wissenschaft, bei der mithilfe von Insekten auf Leichen deren Leichenliegezeit etc. bestimmt wird, beschäftigt. Dies regte mein Interesse an, zumal dieses Thema auch eines ist, das in einigen Kreisen und vor allem in den Gemütern der Menschen als Tabu gilt. 4

5 2 Vorgänge der Verwesung/Fäulnis 2 Vorgänge der Verwesung/Fäulnis Fäulnis und Verwesung lassen sich zunächst unter Berücksichtung der Sauerstoffzufuhr voneinander begrifflich trennen. Der Begriff der Verwesung beschreibt die aeroben 1 Prozesse, die nach dem Tod eines Organismus oder eines Organs ablaufen. Die Prozesse der Fäulnis hingegen sind anaerob 2. Zudem wird Verwesung und Fäulnis im Allgemeinen auch durch die dabei entstehenden Gerüche differenziert, wie D. Schoenen in seinem Buch Die Verwesung aus hygienischer Sicht [7] schreibt: Unter Verwesung wird der oxidative Abbau ohne Freisetzung von geruchsintensiven Stoffwechselkomponenten verstanden. Die Fäulnis, als anaerober Abbau, geht mit der Bildung von geruchsintensiven, meist ekelerregenden Substanzen einher. 2.1 Vorgänge der Verwesung Die Vorgänge der Verwesung werden in verschiedene Abschnitte eingeteilt. Der erste Abschnitt ist die Verwesung durch Saprobionten, in Verbindung dazu stehend die Sauerstoffatmung und am Ende steht die Humifizierung Saprobionten Der Überbegriff für Organismen, die sich von toten Organismen oder Teilen eines toten Organismus ernähren ist, Saprobionten oder auch Destruenten. Diese verwerten die im toten Organismus noch enthaltenen Stoffe für ihre eigene Ernährung. Eine Unterart sind die Nekrophagen, also Tiere, die sich von Tierleichen oder Leichenteilen ernähren. Generell lassen sich die Saprobionten bei der Verwesung in drei Gruppen teilen, einmal die Mikroorganismen, wie z. B. Bakterien und Pilze, einige Pflanzenfresser, wie z. B. Würmer oder Asseln und die Aasfresser. Pflanzenfresser sind - ihrem Namen gemäß - nicht auf Tierleichen o. ä. aufzufinden, da sie sich ausschließlich von toten Pflanzen ernähren. Einige Beispiele sind Würmer, Insektenlarven und Asseln. Aasfresser sind ausschließlich Nekrophagen, was auch aus dem Namen hervorgeht. Bekannte Beispiele sind Geier, Aaskäfer, Aasfliegen, Raben und Krähen. Sie ernähren sich nicht nur von Kadavern, es gibt für die meisten Aasfresser auch andere Nahrungsquellen. Einige Insekten nutzen Tierleichen o. ä. um dort ihre Eier abzulegen. Die schlüpfenden Larven haben somit bei ihrer Geburt sofort etwas zu fressen. 1 unter Sauerstoffzufuhr 2 ohne Sauerstoffzufuhr 5

6 2 Vorgänge der Verwesung/Fäulnis Sowohl Pflanzen- als auch Aasfresser sind hauptsächlich für die Zerkleinerung des organischen Materials zuständig und werden deswegen auch Zerkleinerer genannt. Der eigentliche Vorgang der Zerkleinerung geschieht durch ihre Verdauung und das Ausscheiden von nährstoffreichen Feinmaterial. [6] Bakterien und Pilze hingegen sind nicht nur Zerkleinerer, sondern auch Mineralisierer. Ihre Aufgabe besteht in dem Abbau der organischen Stoffe in anorganische Stoffe. [6] Sie sind damit auch überwiegend dafür verantwortlich, dass das ursprünglich durch die Photosynthese der Pflanzen aufgenommene Kohlenstoffdioxid wieder in die Atmosphäre gelangt (siehe 3.1.1). Dies geschieht durch so genannte Sauerstoffatmung. Sowohl Pilze als auch Bakterien sind in sehr großer Variation aufzufinden. Es gibt für jeden Stoff in der Natur einen bestimmten Mikroorganismus oder eine Gruppe von mehreren Arten von Mikroorganismen, die zusammen fungieren und diesen Stoff in seine Bestandteile zersetzen können. [5] Pilze sind meist sehr früh auf verwesendem Material aufzufinden, da ihr Stoffwechsel die Zellwände aufspaltet und den Zellinhalt, der leichter zu zersetzen ist, freisetzt Sauerstoffatmung Bei ausreichender Sauerstoffzufuhr sind die aeroben Mikroorganismen in der Lage, unter Nutzung des molekularen Sauerstoffs Energie zu gewinnen. Diese Art der Energiegewinnung ist auch beim Menschen wiederzufinden, da dieser die gleiche Möglichkeit mit Hilfe von Sauerstoff, als finalen Elektronenakzeptor, nutzt. Hierbei tritt nun nach dem ersten Prozess in der Zelle oder in dem Bakterium, der Glykolyse, bei der aus Glucose (Zucker) ein wenig Energie gewonnen wird und diese zu Pyruvat umgewandelt wird, die Pyruvatoxidation ein. Bei diesem Prozess wird das Pyruvat oxidiert und es entsteht neben Brenztraubensäure (Acetyl CoA) CO 2 (Kohlenstoffdioxid). Darauf folgt der Citratzyklus. In diesem Kreislauf wird die Brenztraubensäure mehrfach oxidiert, wobei jedesmal Energie in Form von NADH + H + und CO 2 abgespalten wird. Das NADH + H + wird in der so genannten Atmungskette zum Aufbau eines Protonengradienten benutzt, durch den letztendlich Energie in Form von ATP gewonnen wird. Die Rolle des Sauerstoffs ist es, die abgeschwächten Elektronen, welche beim Erstellen des Protonengradienten abfallen, aufzunehmen. Ist kein Sauerstoff vorhanden, kann die Atmungskette und der Citratzyklus nicht funktionieren und der Organismus muss auf andere, anaerobe Methoden wie die Gärung (2.2.2) zurückgreifen. Jedoch lässt sich bei der Sauerstoffatmung weitaus mehr Energie gewinnen und die Stoffe schneller abbauen. [6] 6

7 2 Vorgänge der Verwesung/Fäulnis Abbildung 1: Sauerstoffatmung am Beispiel der Zellatmung [6] 7

8 2 Vorgänge der Verwesung/Fäulnis Humifizierung Bei der Humifizierung bilden sich aus den Überresten und den zersetzten Stoffen des verwesten Organismus, schwer zersetzbare Huminstoffe. Diese werden in drei verschiedene Gruppen geteilt. Diese sind die Fulvosäuren, die einen sehr sauren Charakter haben, die Huminsäuren, die mäßig sauer sind und die Huminen, die neutral sind. [8] Diese Huminstoffe bilden zusammen den sogenannten Humus, der als sehr fruchtbar gilt, da er die von Pflanzen zum Aufbau organischer Stoffe notwendigen anorganischen Stoffe wie z. B. Kohlenstoffdioxid oder Nitrate besitzt. [5] 2.2 Vorgänge der Fäulnis Im Gegensatz zur Verwesung (siehe Kapitel 2.1) sind an der Fäulnis keine höheren Organismen wie Pflanzen- oder Aasfresser beteiligt, sondern nur Mikroorganismen. Die Fäulnis lässt sich in 3 verschiedene Abbauprozesse - Nitrat-Atmung, Sulfat-Atmung und Gärung - einteilen, wobei sich Nitrat- und Sulfat-Atmung zusammenfassen lassen. Diese Prozesse sind abhängig von den Umgebungsbedingungen und führen zu unterschiedlichen Abbauprodukten. [7] Nitrat- und Sulfat-Atmung Ohne Sauerstoff als Elektronenakzeptor, wie es im aeroben Stoffwechsel (siehe Kapitel Sauerstoffatmung 2.1.2) der molekulare Sauerstoff der Luft leisten würde, können Mikroorganismen keine Energie gewinnen. Deshalb nutzen diese bei der Nitrat- und Sulfat-Atmung den chemisch gebundenen Sauerstoff des Nitrats bzw. des Sulfats. Hierbei kommt es zur Bildung von Kohlenstoffdioxid und Wasser, bei der Nitrat-Atmung außerdem noch zur Bildung von Stickstoff und Ammoniak und bei der Sulfat-Atmung zur Bildung von Schwefelwasserstoff. Die Mikroorganismen der Nitrat-Atmung nutzen, sofern vorhanden, den molekularen Sauerstoff der Luft, sind jedoch auch in der Lage, falls dieser nicht vorhanden ist, mithilfe des Sauerstoffs des Nitrats Energie zu gewinnen. Diese Eigenschaft bezeichnet man als fakultativ anaerob. Im Gegensatz stehen die Mikroorganismen der Sulfat-Atmung, die meist obligat anaerob sind, d. h. dass molekularer Sauerstoff für sie giftig ist und sie nur in Abwesenheit von molekularen Sauerstoff wachsen bzw. einen Stoffwechsel haben. Bei dessen Anwesenheit bilden diese Mikroorganismen Dauerstadien, so genannte Sporen, welche jedoch nicht wachsen und auch keine Energie gewinnen können. [7] 8

9 2 Vorgänge der Verwesung/Fäulnis Gärung Während bei der aeroben Energiegewinnung aus Zucker (Glucose) oder Eiweiß nach der Glykolyse die Pyruvatoxidation einsetzt, kommt es beim anaeroben Stoffwechsel nach der Glykolyse zu Gärungsprozessen. (siehe Abb. 1) Die Gärung führt zu einem unvollständigen Glucoseabbau und ist somit weniger ertragreich, d. h. es wird weniger ATP (Energie) gewonnen als bei der Sauerstoffatmung. [6] Bei der Gärung fallen verschiedene Abfall- bzw. Endprodukte an, wie Wasser, Kohlenstoffdioxid, Methan, Alkohol und Stoffe, die auch entscheidend zum unangenehmen Geruch, der bei der Fäulnis entsteht, beitragen, wie Essig- oder Buttersäure, Schwefelwasserstoff, Ammoniak und geruchsintensive Amine. Welche Stoffe entstehen, hängt von den einzelnen Mikroorganismen, die die Gärung nutzen, und ihren spezifischen Stoffwechselreaktionen ab. [7] Die Gärung lässt sich am Beispiel der alkoholischen Gärung erklären: Die bekannteste Gärungsform ist die alkoholische Gärung bei Hefen der Gattung Saccharomyces. Das Enzym Decarboxylase spaltet von Brenztraubensäure Kohlenstoffdioxid ab. Das dabei entstehende Ethanal lagert den Wasserstoff des NADH + H + an und wird reduziert. Es entsteht Ethanol und das zur Aufrechterhaltung der ATP-Produktion notwendige NAD + wird regeneriert. [10] Zusammenfassend ist zu sagen: Bei der alkoholischen Gärung nutzt der Hefepilz die Gärung, um Energie zu gewinnen. Das dabei entstehende Abfallprodukt ist der Ethanol, der Trinkalkohol. 9

10 2 Vorgänge der Verwesung/Fäulnis Glucose NAD+ Ethanol ADP + P ATP NADH+ + H+ Brenztraubensäure Ethanal (Acetaldehyd) Abbildung 2: Gärung am Beispiel der alkoholischen Gärung 2.3 Unabhängige Vorgänge Unabhängig von aeroben oder anaeroben Bedingungen und der Unterscheidung zwischen Fäulnis und Verwesung gibt es noch den autokatalytischen Abbau Autokatalytischer Abbau Mit dem autokatalytischen Abbau auch Autolyse genannt, wird der Prozess der Selbstauflösung von toten Körperzellen durch Verdauungsenzyme, die bereits im Körper bzw. im Verdauungstrakt einer (Tier-)Leiche vorhanden waren, beschrieben. Der ganze Prozess findet ohne Einfluss der Außenwelt statt, was sich auch aus dem Präfix auto- des Wortes autokatalytisch ableiten lässt. Die Autolyse hält nur wenige Tage an und ist für den gesamten Prozess der Zersetzung nicht von Bedeutung, da alle Abbauvorgänge auch durch Stoffwechselaktivitäten von Saprobionten erfolgen können. [7] 10

11 2 Vorgänge der Verwesung/Fäulnis 2.4 Vergleich: Verwesung - Fäulnis Nach der genauen Betrachtung der einzelnen Vorgänge lassen sich Verwesung und Fäulnis nun vergleichen, denn sie unterscheiden sich, abgesehen von der Sauerstoffzufuhr (aerob oder anaerob), in vieler Hinsicht. An der Verwesung sind sowohl größere Organismen als auch Mikroorganismen beteiligt, während es bei der Fäulnis nur Mikroorganismen sind. Das lässt sich dadurch erklären, dass alle größeren Organismen wie Aasfresser o. ä. Sauerstoff zum Leben benötigen und die Orte, an denen die Fäulnis stattfindet, für diese nicht zugänglich sind. (Für weitere Informationen über verschiedene Arten der Mikroorganismen siehe Kapitel 2.2.1) Die Dauer der Zersetzung ist abhängig von der Größe des toten Organismus, jedoch lässt sich sagen, dass die Verwesung deutlich schneller ist als die Fäulnis. Die Prozesse der Fäulnis sind meist nach einem Vierteljahr, höchstens einem Jahr, beendet. Hiernach ist der tote Organismus jedoch nicht vollständig zersetzt und nur die Zufuhr von Sauerstoff kann jetzt die Zersetzung weiter voran treiben. Als Endprodukt entsteht sowohl bei der Fäulnis, als auch bei der Verwesung Kohlenstoffdioxid, durch die verschiedenen Atmungen der Mikroorganismen (siehe 2.1.2, 2.2.1, 2.2.2) und Wasser (Eine menschliche Leiche besteht zu 50 % aus Wasser). Hinzu kommen bei der Verwesung Huminstoffe und Harnstoff. Bei der Fäulnis sind es viele, durch die Vielzahl der Mikroorganismen, unterschiedliche Stoffe, hauptsächlich jedoch Methan, elementarer Stickstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Fäulnis keine vollständige Zersetzung ist. [7] 2.5 Faktoren Die Stärke der Verwesung oder der Fäulnis ist von einigen Faktoren abhängig. Ein Maß dafür, wie stark die Zersetzung ist, ist das Wachstum der Mikroorganismen Temperatur Das Wachstum der Mikroorganismen und die damit zusammenhängende Stärke der Zersetzung ist stark temperaturabhängig. Die Temperaturspanne, bei der die Mikroorganismen der Zersetzung wachsen, reicht von 0 C (also solange noch genügend Wasser zur Verfügung steht und dieses nicht zu Eis geworden ist) bis zu ca. 70 C. Wird diese Temperatur unter- bzw. überschritten, sind die Mikroorganismen nicht mehr in der Lage, zu wachsen und/oder sterben ab. Das Optimum des Wachstums liegt bei einer Temperatur von 30 C bis 40 C. [7] 11

12 3 Bedeutung und Nutzen Feuchtigkeit Neben der Temperatur und natürlich der Sauerstoffzufuhr und damit der Unterscheidung zwischen Verwesung und Fäulnis spielen auch der Niederschlag und die Luftfeuchtigkeit eine Rolle, da sich z. B. einige Pilze bei hoher Luftfeuchtigkeit besonders gut entwickeln. Außerdem ist Wasser eine Grundvoraussetzung dafür, dass Mikroorganismen wachsen können. Wird ein bestimmter Gehalt unterschritten, sind die Mikroorganismen nicht mehr in der Lage zu wachsen und die Verwesung bzw. die Fäulnis kann nicht stattfinden. [7] 3 Bedeutung und Nutzen Die Verwesung oder allgemein die Zersetzung von toten Organismen hat eine große Bedeutung für unsere Umwelt. So ist sie nicht nur natürlicher und notwendiger Bestandteil des Ökosystems und der dazu gehörigen Kreisläufe, sondern wird auch z. B. in Kläranlagen also der Abwasserreinigung genutzt. Zudem lassen sich verschiedene Arten, die Zersetzung und ihre Bestandteile für unsere Gesellschaft und die Verbesserung unserer Lebensqualität nutzen. 3.1 Bedeutung im Ökosystem Die Zersetzung von toten Organismen ist ein bedeutender Teil im Ökosystem. Sie ist Teil in zwei Stoffkreisläufen, die es besonders zu beachten gilt: Der Kohlenstoffkreislauf und der Stickstoffkreislauf. Beide sind essentiell für das Leben auf der Erde. In den folgenden Unterpunkten werde ich, um beim Thema zu bleiben, nur die grobe Struktur und Funktion der Kreisläufe beschreiben und auf die Rolle der Verwesung und Fäulnis in diesen Kreisläufen eingehen Kohlenstoffkreislauf Kohlenstoff ist der Grundbaustein aller organischen Substanzen. Er wird somit von jedem Lebewesen zum Leben benötigt (Der Mensch besteht zum Beispiel zu 28 % aus Kohlenstoff). Das Kohlenstoffdioxid der Luft wird von Pflanzen im Zuge der Fotosynthese zum Aufbau organischer Stoffe benötigt. Diese können nun von Konsumenten (Tiere etc.) aufgenommen und zur Energiegewinnung benutzt werden (siehe Kapitel 2.1.2). Letztendlich wird der Kohlenstoff durch Saprobionten (siehe Kapitel 2.1.1) aus dem organischen Material 12

13 Atmung 3 Bedeutung und Nutzen (Leichen der Konsumenten, tote Pflanzen etc.), wie bei den Konsumenten durch die Sauerstoffatmung (Verwesung) oder durch die Gärung (siehe Kapitel 2.2.2) und die Nitratund Sulfat-Atmung (siehe Kapitel 2.2.1) (Fäulnis), freigesetzt und gelangt somit wieder in die Atmosphäre. [6][1] Durch Mineralisierung kann der Kohlenstoff aus toten Organismen auch zu Öl o. ä. werden. Atmosphäre Saprobionten Pflanzen Konsumenten Abbildung 3: Der Kohlenstoffkreislauf in vereinfachter Form Stickstoffkreislauf Der irdische Stickstoff befindet sich zu 99 % in der Erdatmosphäre. Benötigt wird dieser jedoch von jedem Lebewesen, ob Bakterium oder Mensch, da er Bestandteil der Aminosäuren in Proteinen und der DNA ist. Durch Bakterien, die man in Böden und Gewässern findet, wird der Stickstoff der Atmosphäre unter Sauerstoffverbrauch in Nitrat und Ammoniak umgewandelt (Nitrifikation). 13

14 Ausscheidung von Exkrementen 3 Bedeutung und Nutzen Beide Stoffe werden nun von Pflanzen und Mikroorganismen aufgenommen und zum Aufbau organischer Verbindungen, wie z. B. Proteinen verwendet. Diese können dann durch Konsumenten aufgenommen werden. Hier gelangt der Stickstoff entweder durch die Ausscheidung von Exkrementen oder durch die Verwesung/Fäulnis der Konsumenten wieder in die Atmosphäre. Durch Saprobionten (siehe Kapitel 2.1.1) wird der Stickstoff in Form von Ammoniak oder Ammonium-Ionen (Diese sind Teil der Huminstoffe siehe Kapitel 2.1.3) frei gesetzt. Der Stickstoff kann dann wieder von Pflanzen bzw. von den Bakterien der Nitrifikation genutzt werden. Unter anaeroben Bedingungen wird der Stickstoff, der als Nitrat vorliegt, in der Nitratatmung (siehe Kapitel 2.2.1) von Mikroorganismen genutzt. Dabei entsteht elementarer Stickstoff oder - wie auch bei aeroben Bedingungen - Ammoniak. [3] Atmosphäre Saprobionten Humifizierung Pflanzen Konsumenten Abbildung 4: Der Stickstoffkreislauf in vereinfachter Form 14

15 3 Bedeutung und Nutzen 3.2 Nutzen in der Forensik Die Forensik ist ein Überbegriff für die Arbeitsgebiete, bei denen kriminelle Handlungen untersucht werden. Durch genaue Kenntnisse über die Verwesung und Fäulnis des Menschen lässt sich in der Forensik großer Nutzen ziehen. Im Falle eines Mordes oder eines Todes lassen sich mit ihnen die Leichenliegezeit, Todesursache und Todesumstände bestimmen. Zu diesen Kenntnissen gehören die Feststellung der Leichenkälte und Vertrocknung, die Wegdrückbarkeit der Totenflecken und die Messung der Ausprägung der Totenstarre sowie die Feststellung der Autolyse (siehe Kapitel 2.3.1). Als sehr bedeutend gilt auch die forensische Entomologie. Sie beschäftigt sich mit den Insekten, welche als Saprobionten eine menschliche Leiche als Nahrung nutzen. Zum Beispiel lässt sich der Todeszeitpunkt mithilfe der forensischen Entomologie bestimmen. So finden sich in sehr frühen Verwesungs-Stadien auf den Leichen entweder Eier oder kleine Maden der Schmeißfliege oder von verschiedenen Aasfliegen. In späteren Stadien sind nun auch z. B. Aaskäfer aufzufinden und die Leiche wird mehr und mehr zur Brutstätte von Insekten. [4] 3.3 Sonstige Nutzen Einige Teile der Verwesung und Fäulnis lassen sich auch in anderen Bereichen unseres Lebens finden. So werden in der Lebensmittelindustrie beispielsweise Käse und Joghurt mithilfe von Mikroorganismen der Zersetzung produziert. Außerdem lassen sich mit solchen Mikroorganismen Veränderungen in Konsistenz, Geruch oder Geschmack von Lebensmitteln erreichen. [5] Auch in Kläranlagen sind Mikroorganismen tätig, die auch ein allgemeiner Bestandteil der Zersetzung sind. Dort bauen sie die unerwünschten Stoffe ab und das Wasser wird somit gereinigt. Zudem werden bei Umweltverschmutzungen und auf Mülldeponien Mikroorganismen eingesetzt, um einen schnelleren Abbau der schädlichen Stoffe zu erreichen. [5] 15

16 4 Versuch 4 Versuch Um ein Szenario einer Verwesung und einer Fäulnis möglichst genau darzustellen und zu untersuchen, habe ich verschiedene Versuchsobjekte entsprechend präpariert und an geeigneten Orten platziert. Um die Verwesung zu untersuchen, habe ich sowohl ein pflanzliches Objekt als auch auch ein tierisches Objekt draußen im Garten platziert. Für die Fäulnis nahm ich zwei tierische Objekte, die ich einmal in der Küche und einmal im Garten platzierte, um einen Temperaturunterschied zu erreichen. 4.1 Materialien Als Grundlage und Materialien diente mir bei meinem Versuch als pflanzliches Objekt eine halbe Banane der Marke Gavj, aus Ecuador und laut Aufkleber biologisch angebaut. Als tierisches Objekt nahm ich Putenfleisch der Marke Gut Ponholz, aus Deutschland konventionell hergestellt und laut Haltbarkeitsdatum bis zum haltbar bei einer Höchsttemperatur von +4 C. Für den Versuch der Verwesung brauchte ich einen Schutz vor der Katze des Nachbarn, aber auch den sonstigen Tieren wie z. B. Feldmäusen oder Vögeln. Dazu baute ich aus einer alten Kiste ein kleines Gehäuse, das mit Drahtgitter überspannt war, um die Sauerstoffzufuhr zu gewähren. Für den Versuch der Fäulnis nahm ich zwei Ziplock- Frischhaltetüten und Klebeband, um Kontakt mit Sauerstoff zu vermeiden. Abbildung 5: Material 16

17 4 Versuch 4.2 Aufbau Die umgebaute Kiste platzierte ich mitsamt einem tierischen und einem pflanzlichen Objekt in den Vorgarten. Hier ist die Sonneneinstrahlung gegen Mittag nicht ganz so groß, da der Vorgarten im Schatten des Hauses steht. Da die Kiste keinen Boden hatte, lagen die Objekte beide auf der Erde. Um ein einfaches Umstoßen der Kiste und die damit verbindliche Freigabe der Objekte zu vermeiden, schaufelte ich noch ein wenig Erde um die Kiste herum. In die Ziplock-Frischhaltetüten legte ich jeweils ein tierisches Objekt. Die Luft bzw. den Sauerstoff saugte ich aus den Tüten mit einem Strohhalm heraus und klebte den Verschluss nach zweimaligen Umklappen mit Klebeband noch einmal zu. Die eine Tüte lag fortan auf einem Teller in unserer Küche auf einem Schrank, während die andere in einem Blumenständer im Garten Platz fand. 4.3 Durchführung Ein tägliches Foto von jedem Objekt und die genaue Notierung von Veränderungen war nun von Nöten. Nach 6 Wochen und 5 Tagen (= 47 Tage) hab ich die einzelnen Objekte aus ihren Schutzvorrichtungen geholt und nach verschiedenen Kriterien untersucht: Konsistenz (innen und außen), Farbe, Geruch, Gewicht und mögliche, sichtbare Saprobionten (siehe Kapitel 2.1.1). 4.4 Beobachtungen und Auswertung Im folgenden werde ich jedes einzelne Versuchsobjekt beschreiben und erläutern, wie es sich verändert hat. Zugleich werde ich Bezug zu den theoretischen Hintergründen nehmen und den Versuch somit auswerten. Insgesamt gibt es vier verschiedene Versuchsobjekte: Verwesung 1 Eine halbe Banane, die im Vorgarten lag. Verwesung 2 Ein Stück Putenfleisch, das im Vorgarten lag. Fäulnis 1 Ein Stück Putenfleisch, in einer Plastiktüte, das in der Küche lag. Fäulnis 2 Ein Stück Putenfleisch, in einer Plastiktüte, das im Garten lag. 17

18 4 Versuch Verwesung 1 Abbildung 6: Banane am ersten Tag, dem Die halbierte Banane hatte am ersten Tag keine braunen Stellen, war auch sonst ungeschädigt und war in einem hellen Gelb gefärbt. Am folgenden Tag ließ sich schon an der Schnittstelle eine leichte bräunliche Färbung beobachten. Diese nahm auch im Laufe der Tage deutlich zu. Nach ungefähr einer Woche wurde bei näherer Betrachtung deutlich, dass sich die gesamte Farbe langsam einen hellbraunen Ton annahm, während die Schnittstelle schon einen dunklen Braunton angenommen hatte. Dies verstärkte sich mit der Zeit. 18

19 4 Versuch Abbildung 7: Banane am 19. Tag, dem Am 19. Tag war die Schnittstelle nun nicht mehr glatt, sondern sah nahezu schwarz und zerfressen aus. Auch machte sich schon ein leichter Überzug von einem Schimmelpilz bemerkbar. Abbildung 8: Banane am 47. Tag, dem Die Banane am 47. und letzten Tag war überzogen mit verschiedenen Schimmelpilzen, jedoch waren keine weiteren Saprobionten (siehe Kapitel 2.1.1) sichtbar. Das Innere 19

20 4 Versuch schien in großen Teilen verwest zu sein, da die Banane eingefallen und sehr matschig war, außen war sie jedoch trocken. Die Farbe außen war nahezu schwarz und innen braun bis orange-gelb. Die Banane hatte einen Gewichtsverlust von 40 g (Vorher 110 g, danach 70 g). Es waren keine besonderen Gerüche zu bemerken. Die Verwesung der Banane schien sehr rein gewesen zu sein, da sich kein Fäulnisgeruch bemerkbar machte. Der hohe Gewichtsverlust lässt zudem darauf schließen, dass die Mikroorganismen sehr aktiv waren. Hinzu kommt die trockene Schale, dass also ein hoher Verbrauch von Wasser stattgefunden haben muss, was auch ein Indikator für die Aktivität der Mikroorganismen ist (siehe Kapitel 2.5.2). Es sind drei verschiedene sichtbare Mikroorganismen aufgefallen: Ein typischer weißer Schimmel, wie man ihn häufig auch auf Brot und ähnlichen Lebensmitteln findet. Dieser befand sich an der Schale und der Schnittstelle. Der grüne Schimmel hingegen war tiefer im Inneren an der Schnittstelle zu finden, woraus sich schließen lässt, dass dieser die Feuchtigkeit in der Banane benötigte. Auffällig war auch der rote Schimmel im Inneren der Banane, welcher erst beim Aufschneiden sichtbar wurde. Diesen findet man auch häufig in feuchten Gegenden, wie Badezimmer oder auf Joghurts. Abbildung 9: Weißer Schimmel Abbildung 10: Grüner Schimmel Abbildung 11: Roter Schimmel 20

21 4 Versuch Verwesung 2 Abbildung 12: Fleisch (Verwesung) am ersten Tag, dem Am ersten Tag sah das Putenfleisch rosig aus und es ließen sich keinerlei Makel entdecken. In den darauf folgenden Tagen schien das Putenfleisch auszutrocknen. Es wirkte eingefallen und an den Rändern trocken. Mit zunehmender Zeit wurden zudem die Ränder leicht braun. Abbildung 13: Fleisch (Verwesung) am 19. Tag, dem

22 4 Versuch Am 19. Tag, war das Fleisch nicht mehr rosig, sondern grau-braun. Die Ränder waren braun bis schwarz. Bei näherer Betrachtung fiel auf, dass die obere Seite des Stückes wie ausgetrocknet war. Abbildung 14: Fleisch (Verwesung) am 47. Tag, dem Am letzten Tag war das Putenfleisch deutlich ausgetrocknet. Die schwarzen Ränder wölbten sich nach oben. Nur die untere Seite war noch weich und schien klebrig zu sein, da sehr viel Erde an ihr haften blieb, vielleicht war dies auch nur schon sehr gründlich verwestes Fleisch. Farblich war das Objekt braun bis schwarz einzuordnen. Das Putenfleisch hatte einen Gewichtsverlust von 40 g (Vorher 70 g, danach 30 g). Es waren keine sichtbaren Saprobionten zu finden. Dass die obere Seite ausgetrocknet war, deutete genau wie der hohe Gewichtsverlust darauf hin, dass hier, wie bei der Banane, eine hohe Aktivität von Mikroorganismen stattgefunden hatte. Jedoch schien für Schimmelpilze nicht genug Wasser vorhanden zu sein, da diese sich weder innen noch außen auffinden ließen. Beim Aufschneiden des Objektes fiel jedoch ein Fäulnisgeruch auf. Daraus lässt sich schließen, dass die Konsistenz des Fleisches nicht genug Sauerstoff ins Innere ließ und dort nicht Verwesung sondern Fäulnis stattgefunden hat. Dieses Phänomen lässt sich auch bei Leichen häufig beobachten. Auffällig war auch, dass das Fettgewebe, das am Fleisch haftete, nicht verweste. 22

23 4 Versuch Abbildung 15: Fettgewebe Fäulnis 1 (Küche) Abbildung 16: Fleisch (Fäulnis 1) am ersten Tag, dem Das Putenfleisch für die Fäulnis unterschied sich am ersten Tag nicht von dem der Verwesung. Nach wenigen Tagen machte sich Flüssigkeit in der Tüte bemerkbar, welche bräunlich war und mit zunehmender Zeit mehr wurde. 23

24 4 Versuch Abbildung 17: Fleisch (Fäulnis 1) am 47. Tag, dem Bis zum 47. Tag veränderte sich das Putenfleisch nicht bedeutend. Einzig die Farbe schien ein wenig kräftiger zu werden und die Ränder waren leicht braun/grün. Beim Aufschneiden der Tüte wurde sofort der Fäulnisgeruch bemerkbar. Das Putenfleisch erlitt einen Gewichtsverlust von 8 g (Vorher 50 g, danach 42 g). Die Konsistenz war immer noch weich, jedoch schien das Fleisch im Vergleich härter geworden zu sein. Der starke Geruch zeigt hier deutlich, dass Mikroorganismen aktiv waren. Der im Vergleich zur Verwesung geringe Gewichtsverlust und die Verhärtung sind nicht weiter verwunderlich im Anbetracht der Flüssigkeit, die sich gebildet hatte. Jedoch zeigt sich auch, trotz der 47 Tage ist das Putenfleisch noch rosig und hat sogar an Farbe gewonnen (außer an den Ränder). Damit wird deutlich, dass die Fäulnis kein abgeschlossener Prozess ist und im Vergleich zur Verwesung deutlich länger braucht (siehe Kapitel 2.4). 24

25 4 Versuch Fäulnis 2 (Garten) Abbildung 18: Fleisch (Fäulnis 2) am ersten Tag, dem Das Fleisch und der Ablauf schienen sich nicht von dem Fäulnis-Versuch, der in der Küche statt fand, zu unterscheiden. Es bildete sich auch zunächst eine bräunliche Flüssigkeit und die Ränder wurden leicht braun/grün. Die Flüssigkeit schien jedoch ein wenig milchiger als beim anderen Fäulnis-Versuch. 25

26 4 Versuch Abbildung 19: Fleisch (Fäulnis 2) am 47. Tag, dem Über die Tage hinweg war die Veränderung des Putenfleisches nicht besonders groß. Ein Gewichtsverlust von 4 g (Vorher 50 g, danach 46 g) und - wie beim Aufschneiden des anderen Versuchs ein starker Fäulnisgeruch - waren zu erwarten. Die Farbe war im Gegensatz zum anderen Versuch jedoch leicht gräulich und die Ränder weniger braun. Die Konsistenz schien sich nicht verändert zu haben. Bei diesem Versuch zeichnet sich ab, wie die Fäulnisprozesse von der Temperatur abhängig sind (siehe Kapitel 2.5.1). Während in der Küche Temperaturen von ca C herrschen, sind diese außen deutlich niedriger (siehe Kapitel 4.5). Das Putenfleisch, welches außen lag, weist einen geringeren Gewichtsverlust auf als das aus der Küche. Außerdem sind die Symptome, wie Konsistenz und Farbe, weniger ausgeprägt. Somit ist deutlich zu erkennen, dass die Aktivität der Mikroorganismen in diesem Versuch geringer war. 4.5 Faktoren Zu beachten sind die Faktoren, unter denen die Verwesung und die Fäulnis in den Versuchen stattgefunden haben. Insbesondere gilt es dabei, die Witterungsverhältnisse im Februar und März zu kennen. Der Februar diesen Jahres war im Vergleich zum Durchschnitt etwa 3-4 C wärmer. Jedoch betrugt die Monatsmitteltemperatur noch 5 C und es gab ca. 5 Frosttage. Der Niederschlag betrug rund mm, wobei die Gewichtung auf dem Ende des Monats lag. 26

27 4 Versuch Im März diesen Jahres betrug die Monatsmitteltemperatur 5-6 C und liegt damit etwa 1-2 C über dem Durchschnitt. Es fiel mehr Schnee als im gesamten Winter 2007/2008 und damit lag auch der Niederschlag über dem Durchschnitt. Dieser betrug etwa mm. Insgesamt gab es zudem 2-4 Frosttage. [2] Dies bedeutet für den Versuch, dass die Objekte eine hohe Feuchtigkeit erfahren haben und die Mikroorganismen, durch die geringen Temperaturen, ihr maximales Potenzial nicht erreichen konnten. 4.6 Probleme und mögliche Mängel Erstaunlich fand ich im ersten Moment, dass sich weder auf der Banane noch auf dem Fleisch, das ich für die Verwesung genutzt habe, Würmer, Maden oder größere Saprobionten befanden. Beachtet man nun die Witterungsverhältnisse und dass die Temperaturen nicht besonders ideal für solche Tiere sind, so wird deutlich, woran dies gelegen hat. Demnach wäre es für den Versuch an sich sinnvoller gewesen, ihn im Sommer und nicht im Winter durchzuführen. Sinnvoll wäre es auch gewesen, kein Fleisch für die Fäulnis-Versuche zu verwenden oder zumindest auch eine Banane verfaulen zu lassen. An dem Putenfleisch ließ sich jedenfalls bei der Verwesung im Gegensatz zur Banane, wenig Hilfreiches erkennen. Problematisch war es auch deutliche Ergebnisse, bei diesem Versuch zu erreichen, da ich nicht über die Möglichkeiten verfügte, z. B. nach Mikroorganismen zu suchen oder bestimmte Stoffe einzufangen und zu analysieren. 27

28 5 Zusammenfassung 5 Zusammenfassung In meiner Seminararbeit habe ich mich mit der Verwesung und der Fäulnis auseinander gesetzt. Ich habe die verschiedenen Vorgänge beleuchtet und die Rolle der Zersetzung im Ökosystem und unserer Gesellschaft beschrieben. Mit meiner Versuchsreihe habe ich praktisch bestätigt, dass Zersetzungsprozesse von der Temperatur abhängig sind und die Fäulnis kein abgeschlossener und - im Vergleich zur Verwesung - deutlich länger andauernder Prozess ist. Außerdem habe ich Mikroorganismen in Form von Schimmelpilzen entdeckt und ihre bevorzugte Umgebung interpretiert. Ich hoffe, ich kann mit dieser Seminararbeit einigen Leuten die Verwesung und die Fäulnis näher bringen. Ich möchte, dass diese Prozesse als natürlicher Bestandteil unseres Lebens akzeptiert werden und sich weiter mit ihnen beschäftigt wird, da sie sich, wie hoffentlich deutlich wurde, als sehr nützlich erwiesen haben. Die Ergebnisse meiner Versuchsreihe waren zwar erfolgreich, jedoch hatte ich mir über die Auswertung nicht genug Gedanken gemacht. So hätte ich mich im Vorfeld informieren können, wie ich beispielsweise herausfinde, welche Stoffe sich gebildet haben. Die Beschäftigung mit einem Thema, das bei vielen Leuten und auch mir persönlich früher ein Tabu-Thema war, hat mir eine sehr hilfreiche und interessante Erfahrung beschert. Der Umgang mit Dingen, die als allgemein abstoßend gelten, wird mir noch häufig begegnen, jedoch bin ich nun in der Lage, besser mit ihm fertig zu werden. Außerdem hat mir die Arbeit näher gebracht, wie viel wir aus der Natur noch lernen können, beispielsweise in Bezug auf Recycling. 28

29 Literatur Literatur [1] Albrecht, M. C., Die Verwesung aus bodenkundlicher Sicht: Bodenkundliche Grundlagen und Bewertung, Eigenverlag Verein WaBoLu, Berlin, [2] Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Witterungsbericht für Februar und März 2008, MURSYS-Umweltreportsystem/Mursys_031/seiten/nowitt01.jsp [3] Flechsig, S., Der Stickstoffkreislauf der Erde, stickstoffkreislauf/stickstoffkreislauf.htm [4] Medizinstudent.de, Forensische Entomologie, entomologie.pdf [5] Microsoft Encarta, Fäulnis und Verwesung, Verwesung.html [6] Purves, W. K.; Sadava, D.; Orians, G. H.; Heller, H. C., Biologie, Spektrum Akademischer Verlag, München, 7. Auflage [7] Schoenen, D., Die Verwesung aus hygienischer Sicht: Unter besonderer Berücksichtigung der Störungen der natürlichen biologischen Abbauvorgänge bei der Erdbestattung, Eigenverlag Verein WaBoLu, Berlin, [8] Lexikon der Biologie, Band 7, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 1. Auflage [9] Lexikon der Biologie, Band 14, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 1. Auflage [10] Natura: Oberstufe, Ernst Klett Verlag, Stuttgart, 2. Auflage