分解の微生物学

分解微生物学は、有機物が分解され、元の要素に還元される化学的および物理的プロセスで ある分解に関与するすべての微生物の研究です。

分解微生物学は、植物材料の分解と死体および死骸の分解という 2 つの分野に分けられます。

植物質の分解は、特定の環境内での炭素循環を理解し、土壌の質に及ぼす影響を理解するためによく研究されます。植物質の分解は、堆肥化とも呼ばれます。死体や死骸の分解は、法医学タフォノミーの重要な研究分野となっています。

植物の分解は、酸素と水分のレベルに大きく依存します。分解中、微生物は呼吸のために酸素を必要とします。嫌気性条件が分解環境を支配している場合、微生物の活動は遅くなり、したがって分解も遅くなります。微生物が増殖し、有機物を活発に分解するには、適切な水分レベルが必要です。乾燥した環境では、細菌や菌類は乾燥し、分解に参加できません。湿った環境では、嫌気性条件が発生し、分解も大幅に遅くなることがあります。分解微生物は、良好なレベルの分解を達成するために、適切な植物基質も必要とします。これは通常、適切な炭素対窒素比（C：N）を意味します。理想的な堆肥化炭素対窒素比は、約 30：1 と考えられています。あらゆる微生物プロセスと同様に、微生物による植物の残骸の分解も温度に依存します。例えば、地面に落ちた葉は、積雪がある冬の間は温度が低すぎて微生物の活動が維持できないため分解されません。^[1]

死体や骸骨の分解過程は、法医学タフォノミーの分野で以下の目的で研究されています。

• 死後経過時間（PMI）または死亡からの経過時間を推定するのに役立ちます。
• 潜在的な秘密墓地の発見に役立ちます。

法医学的化石研究に応用される分解微生物学は、2 つの研究グループに分けられます。

• 体内の微生物;
• 分解環境からの微生物。

死体や骸骨について考えると、腐敗とは死後に体内で微生物が増殖することであり、細菌の増殖によって引き起こされる組織の分解も含んでいます。腐敗の最初の兆候は通常、死体の変色です。変色は、1) 色の変化が観察される場所と、2) 腐敗プロセスのどの段階で観察が行われるかによって、緑、青、赤、または黒の色合いに変化します。この現象は霜降りとして知られています。変色は、肝臓、胆嚢、膵臓の酵素攻撃に続いて胆汁色素が放出され、ヘモグロビンの分解産物が放出された結果です。^{[2]体全体での細菌の増殖は、}発酵能力のために大量のガスの発生を伴います。^[3]体腔内にガスが蓄積すると、死体は腐敗の膨張段階に入ると膨張したように見えます。

分解が始まった時点では体内に酸素が存在するため、分解の初期段階では好気性細菌が繁殖します。微生物の個体数が増加すると、ガスが蓄積して環境が嫌気性状態に変わり、その結果、嫌気性細菌に変化します。^[4] 死体や死骸で起こる腐敗プロセスの大部分は、消化管細菌が原因と考えられています。これは、生存可能な消化管微生物が非常に集中していることと、さまざまな栄養源を利用できる代謝能力があることに一部起因しています。^{[5]消化管細菌は、}リンパ系や血管を 使用して腸から体の他の領域に移動することもできます。^{[6]さらに、}ブドウ球菌の大腸菌群は好気性腐敗細菌の重要なメンバーであり、クロストリジウム属のメンバーは嫌気性腐敗細菌の大部分を占めていることがわかっています。^[7]

死体や骸骨は、墓に埋葬されるか、土の表面で分解されるかに関わらず、通常、土と接触した状態で分解されます。これにより、土壌や空気中の微生物が死体と接触し、分解プロセスに参加します。土壌微生物群も、分解液が環境に浸出することで変化します。死体や骸骨には、菌類が栄養源として死体を利用していることを示唆する菌類増殖の兆候が見られることがよくあります。

分解が周囲の土壌微生物群集に及ぼす正確な影響は不明です。分解後に微生物バイオマスが増加するという研究もあれば、減少するという研究もあります。分解プロセス全体を通じて微生物が生き残るかどうかは、pH、温度、湿度など、さまざまな環境要因に大きく左右されると考えられます。

土壌に流入する分解液は、重要な有機物の流入を表し、また、死体からの微生物の大きな負荷を含む可能性がある。^[8]分解液の大部分が土壌に浸出する領域は、しばしば死体分解島（CDI）と呼ばれる。^[9]分解は、肥沃度の増加により植物の成長に好ましい影響を与えることが観察されており、秘密の墓地を見つけようとするときに便利なツールです。^[10]栄養素の濃度の変化は、死体や死骸が完全に消えてから何年も経った後でも見られる永続的な影響を与える可能性があります。^[11]栄養素の急増が特定の場所の微生物や植物に及ぼす影響は十分に理解されていませんが、分解は、成長が増加する第2段階に入る前に、最初の段階では抑制効果をもたらすようです。

菌類は炭素化合物やその他必要な栄養素のほとんどを従属栄養で摂取することはよく知られています。菌類は宿主との腐生または寄生関係を通じてこれらの栄養素を獲得する必要があり、多くの分解プロセスに関与しています。

死体の腐敗に関連する菌類として、2 つの主要なグループが特定されています。

• アンモニア菌
• 腐敗後菌類

アンモニア菌は、「初期菌類」と「後期菌類」と呼ばれる 2 つのグループに分類されます。このような分類は、埋葬環境内または周辺で発生する菌類の種類間で観察される遷移により可能になります。2 つのグループ間の遷移は、分解中の遺体から窒素含有生成物が放出された後に発生します。初期菌類は子嚢菌類、不完全菌類、腐生担子菌類と説明され、後期菌類は外生菌根担子菌類で構成されます。^[12]

相当量の菌糸が観察される法医学的事例の数が非常に多いことを考慮すると、死体に関連する菌類の調査は、法医学的可能性が非常に高いため、科学界にとって価値があることが判明する可能性があります。

法医学的事件において真菌をPMIマーカーとして使用する試みは、これまでに1件のみ発表されている。^[13]この研究では、日本の井戸で発見された遺体に2種類の真菌（ペニシリウムとアスペルギルス）が存在したと報告され、問題の真菌の既知の成長周期に基づいてPMIを約10日と推定できると述べられている。

• ネクロバイオーム