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분해

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목차

1. 개요

분해는 유기물이 붕괴되는 자연적인 과정으로, 동물, 식물, 식품 등 다양한 대상에서 발생한다. 동물의 분해는 자가분해와 부패를 통해 진행되며, 곤충, 박테리아, 곰팡이 등 다양한 분해자가 관여한다. 분해 과정은 신선, 부패, 활성 부패, 진행 부패, 건조/잔해 단계로 나뉘며, 온도, 습도, 분해자 접근성 등 여러 요인에 의해 속도가 결정된다. 식물의 분해는 물리적 분해, 화학적 변화를 거쳐 진행되며, 미생물과 곤충 등이 중요한 역할을 한다. 식품의 분해는 부패와 변패로 나타나며, 세균의 작용에 의해 품질이 저하된다. '부패'는 또한 사회 시스템의 타락을 비유하는 데 사용되기도 한다.

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분해
정의
정의유기물이 더 간단한 유기물로 분해되는 과정
죽음의 단계
죽음의 단계사후창백
사후체온하강
사후경직
시반
부패
분해
백골화
화석화
관련 현상
관련 현상라자루스 징후 (Lazarus sign)
사체 경련 (Cadaveric spasm)
생태학
희귀 생물권네이처 리뷰 미생물학에서 다룸

2. 동물의 분해

동물의 사체는 사망 직후부터 자가분해와 부패라는 두 가지 주요 과정을 통해 분해되기 시작한다.[2] 자가분해는 신체 내부의 효소에 의해, 부패는 박테리아에 의해 진행된다. 이 과정에서 카다베린, 푸트레신 등의 화합물이 방출되어 특유의 냄새가 발생한다.[2]

주요 분해자는 박테리아 또는 곰팡이이지만, 곤충, 진드기 및 기타 동물에 접근할 수 있는 경우 더 큰 청소 동물도 분해에 중요한 역할을 한다.[3] 이 과정에 관여하는 가장 중요한 절지동물에는 송장벌레, 진드기,[4][5] 고기파리(Sarcophagidae) 및 파리(Calliphoridae)가 있으며, 여름에 볼 수 있는 푸른 병 파리 등이 있다. 북미에서 이 과정에 일반적으로 관여하는 가장 중요한 비곤충 동물에는 코요테, 개, 늑대, 여우, 쥐, 까마귀 및 독수리와 같은 포유류 및 조류 청소 동물이 있다.[6] 한국에서는 멧돼지, 너구리, 까치 등이 사체 분해에 중요한 역할을 할 수 있다.

2. 1. 분해 단계

척추동물의 분해는 일반적으로 신선, 부패, 활성 부패, 진행 부패, 건조/잔해의 5단계로 구분된다.[8] 각 단계는 사체의 외형적 변화와 화학적 변화를 동반하며, 자가용해와 부패라는 두 가지 화학적 분해 과정이 함께 일어난다.[9]

  • 신선 (Fresh) 단계: 심장이 멈춘 직후부터 시작되며, 이 단계에서 시체는 주변 환경 온도에 따라 식거나 따뜻해진다. 이 과정을 사후강직이라고 한다.[11] 사망 후 3~6시간 이내에 근육 조직이 뻣뻣해지는 사후경직이 나타나고, 중력에 의해 혈액이 몸 아래쪽으로 쏠려 푸르스름한 보라색으로 변색되는 사반경(시반) 현상이 나타난다.[11] 혈액순환이 중단되면서 세포는 구조적 완전성을 잃고, 자기용해로 인해 피부 표면에 물집이 생길 수 있다.[13]

  • 부패 (Bloat) 단계: 혐기성 미생물의 증식으로 인해 황화 수소, 이산화 탄소, 메탄, 질소 등의 가스가 축적되면서 시작된다. 복부가 팽창하고, 체내 가스 압력이 증가하면서 체액이 자연 개구부(코, 입, 항문 등)를 통해 유출되거나 심하면 신체가 파열될 수 있다.[15] 장내 혐기성 박테리아는 헤모글로빈을 설프헤모글로빈 등으로 변환시키는데, 이 물질이 순환계와 림프계를 통해 운반되면서 시체에 대리석 모양을 부여한다.[17] 파리과와 검정파리 등 썩은 고기 곤충이 이 단계에서 사체에 알을 낳는다.[8]

  • 활성 부패 (Active Decay) 단계: 구더기의 왕성한 섭식과 부패 액체의 유출로 인해 가장 큰 질량 손실이 일어나는 시기이다. 유출된 액체는 시신 주위에 시체 분해 섬(CDI)을 형성하며,[18] 조직의 액화와 붕괴가 뚜렷해지고 강한 냄새가 지속된다. 구더기가 번데기가 되기 위해 시신에서 멀리 이동하는 것이 이 단계의 종료를 알린다.

  • 진행 부패 (Advanced Decay) 단계: 분해 가능한 사체 물질이 줄어들면서 분해 속도가 느려진다. 곤충의 활동 또한 감소한다.[16] 사체 주변 토양에는 식물이 죽은 흔적이 나타나고, 토양 탄소와 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 영양소, pH, 토양 질소의 변화가 관찰된다.[14][19]

  • 건조/잔해 (Dry/Remains) 단계: 주변 생태계가 회복되기 시작하는 단계로, 교란 강도가 감소하고 식물 성장이 증가한다. 그러나 주변 토양의 영양분 등은 아직 정상 수준으로 회복되지 않았을 수 있다.[15] 이 단계에서 시체는 건조한 피부, 연골, 뼈 등이 남으며,[8] 외부 요소에 노출되면 탈색된다. 연조직이 모두 제거되면 완전히 해골화되었다고 한다.[20]


3. 식물의 분해

식물 물질의 분해는 여러 단계에서 발생한다. 물에 의한 침출로 시작되며, 이 과정에서 가장 쉽게 손실되고 용해되는 탄소 화합물이 방출된다.[50] 또 다른 초기 과정은 식물 재료를 더 작은 조각으로 물리적으로 분해하거나 단편화하여 미생물 군집 및 공격을 위한 더 넓은 표면적을 제공하는 것이다. 더 작은 죽은 식물에서 이 과정은 주로 토양 무척추동물에 의해 수행되는 반면, 더 큰 식물에서는 주로 곤충 및 곰팡이와 같은 기생 생명체가 물질을 분해하는 데 중요한 역할을 하며 수많은 영양 생물 종의 도움을 받지 않는다. 쓰러진 식물의 죽은 부분(식물 부스러기)에서는 이 과정이 주로 부생동물(부식성) 토양 무척추 동물군에 의해 수행되는 반면,[51][52] 식물의 서 있는 부분에서는 기생 식물(예: 겨우살이), 곤충(예: 진딧물) 및 곰팡이(예: 구멍장이버섯)와 같은 기생 생물체가 물질을 직접적으로[53] 그리고 다영양 연쇄 효과를 통해 간접적으로 분해하는 데 중요한 역할을 한다.[54]

그 후, 식물 찌꺼기(셀룰로스, 헤미셀룰로스, 미생물 대사 산물 및 리그닌으로 구성)는 미생물에 의해 화학적 변화를 겪는다. 다양한 유형의 화합물이 다양한 속도로 분해된다. 이는 화학 구조에 따라 다르다.[55] 예를 들어, 리그닌은 나무의 구성 요소로, 분해에 비교적 강하며 실제로 백색 부패 곰팡이와 같은 특정 균류에 의해서만 분해될 수 있다. 목재 분해는 외부 환경에서 영양이 부족한 목재에 영양분을 운반하는 곰팡이와 관련된 복잡한 과정이다.[56] 이러한 영양분이 풍부하기 때문에 사프록실 곤충의 동물군이 발달하고 결과적으로 죽은 나무에 영향을 미쳐 숲 바닥의 분해와 영양분 순환에 기여할 수 있다.[57] 리그닌은 매우 복잡한 화학 구조를 가진 식물을 분해하여 남은 산물 중 하나로 미생물 분해 속도를 느리게 만든다. 따뜻함은 식물의 구성에 관계없이 식물 부패 속도를 거의 같은 정도로 증가시킨다.[58]

대부분의 초원 생태계에서는 화재로 인한 자연 피해, 부패한 물질을 먹는 곤충, 흰개미, 풀을 뜯는 포유류, 풀을 통과하는 동물의 물리적 이동이 분해와 영양 순환의 주요 원인이며, 박테리아와 곰팡이가 주요 역할을 한다.[59]

식물 분해의 화학적 측면에는 항상 이산화탄소 방출이 포함된다. 실제로 분해는 매년 방출되는 이산화탄소의 90% 이상을 차지한다.[58]

6일 동안 썩어가는 복숭아. 각 프레임은 약 12시간 간격으로, 과일이 쪼그라들고 곰팡이가 덮이는 과정을 보여준다.

4. 식품의 분해

식품의 부패는 식품 과학에서 중요한 연구 분야이다. 부패는 보존으로 늦출 수 있다.[60]

썩은 복숭아 한 상자


식품에서의 부패란, 세균류의 작용에 의해 단백질이 분해되어 인체에 유해한 물질이 발생하는 것을 말한다. 탄수화물, 지방 등이 분해되어 유해한 물질이 발생하는 작용을 변패라고 한다. 하지만, 부패는 변패를 동반하는 경우가 대부분이다.

부패에 관여하는 세균은 체내에서 효소를 만들면서 증식하지만, 효소가 식품 중에 분비된 경우, 세균과는 관계없이 식품에 작용하게 된다. 식품이 오염되어 효소가 분비된 후에 살균을 실시하더라도, 부패는 자동으로 진행된다. 효소를 만들어내는 부패 세균으로는, 슈도모나스, 아크로모박터, 플라보박테리움, 프로테우스, 미크로코쿠스, 세라티아 등이 있다. 현재, 후생노동성에서는 16종류의 세균을 식중독 원인균으로 지정하고 있다.

부패의 과정은, 식품의 성분이나 세균의 종류에 따라 다르며, 메커니즘에 대해서는 명확하지 않은 부분도 많다. 영양가가 손상될 뿐만 아니라, 미지의 독성 물질이나 병원성 미생물에 의해 오염될 가능성도 있으므로, 부패한 식품의 섭취는 바람직하지 않다.

부패를 방지하기 위해서는, 원인이 되는 세균이 식품에 부착되지 않도록 하는 것이 필요하다. 또한, 세균(및 효소)은 적절한 온도나 수분이 있는 환경에서 활발하게 활동하며, 식품을 냉각 건조시키면 활동이 저하된다.

4. 1. 어패류의 선도

어패류의 선도는 다양한 방법으로 판정할 수 있지만, 모든 어패류에 적용 가능한 것은 아니다. 관능적 방법, 화학적 방법, 물리적 방법, 미생물학적 방법 등이 사용된다.[67]

K값은 1959년 일본의 수산학자 사이토 츠네유키 등이 제안한 품질 판정법이다. 생물이 에너지원으로 사용하는 아데노신 삼인산(ATP)은 사후에 여러 단계를 거쳐 이노신(HxR)과 하이포잔틴(Hx)으로 분해된다. K값은 ATP와 그 분해 산물의 총량에서 이노신과 하이포잔틴의 비율을 계산하여 선도를 나타내는 지표이다.[68][67] 60% 이상이면 초기 부패로 간주한다.[67] 2022년에는 고속 액체 크로마토그래피를 이용한 K값 측정 시험 방법이 일본농림규격(JAS 규격)으로 도입되었다.[69]

구미에서는 Hx 측정을 많이 사용했지만, 일본에서 잡히는 어종은 분해 방식이 달라 K값이 더 널리 사용된다.[70]

어종에 따라 부패 속도가 다르다. "썩어도 도미"라는 말처럼 도미는 잘 썩지 않지만, 고등어는 "생썩음"이라고 불릴 정도로 쉽게 부패한다.

고등어와 같은 붉은 살 생선은 특히 상하기 쉽다. 어획 시 상처가 나기 쉽고, 참치처럼 바로 냉동 보존하지 않으면 선도가 빠르게 떨어진다.[71] 붉은 살 생선은 히스티딘 함량이 높아 부적절하게 보관하면 히스타민 생성균에 의해 히스타민으로 변하여 히스타민 식중독을 일으킬 수 있다.[72]

5. 분해 속도

분해 속도는 물리적 환경(온도, 수분, 토양 특성), 분해자가 사용할 수 있는 죽은 물질의 양과 질, 미생물 군집 자체의 특성 등 세 가지 요소에 의해 결정된다.[64]

매우 습하거나 건조한 조건에서는 분해율이 낮다. 분해율은 적절한 수준의 산소가 있는 습하고 습한 조건에서 가장 높다. 습한 토양은 산소가 부족한 경향이 있어(특히 습지에서 그렇습니다) 미생물 성장이 느려진다.[64] 건조한 토양에서도 분해 속도는 느려지지만, 토양이 식물 성장을 지탱할 수 없을 정도로 건조해진 후에도 박테리아는 계속해서 성장한다(속도는 느리지만). 비가 다시 와서 토양이 젖게 되면 박테리아 세포와 토양 물 사이의 삼투 구배로 인해 세포가 빠르게 물을 얻게 된다. 이러한 조건에서는 많은 박테리아 세포가 터져 영양분을 방출한다.[64] 또한 분해 속도는 산성 토양에서 더 느린 경향이 있다.[64] 점토 광물이 풍부한 토양은 분해율이 낮고, 따라서 유기물 함량이 높은 경향이 있다.[64] 점토 입자가 작을수록 물을 담을 수 있는 표면적이 넓어진다. 토양의 수분 함량이 높을수록 산소 함량이 낮아지고[65] 결과적으로 분해 속도가 낮아진다. 점토 광물은 또한 유기 물질 입자를 표면에 결합시켜 미생물이 접근하기 어렵게 만든다.[64] 경운과 같은 토양 교란은 토양 내 산소량을 증가시키고 새로운 유기물을 토양 미생물에 노출시켜 분해를 증가시킨다.[64]

분해자가 사용할 수 있는 물질의 품질과 양은 분해 속도에 영향을 미치는 또 다른 주요 요소이다. 설탕이나 아미노산과 같은 물질은 쉽게 분해되며 불안정한 것으로 간주된다. 더 천천히 분해되는 셀룰로스와 헤미셀룰로스는 "보통 불안정"하다. 리그닌이나 큐틴처럼 부패에 더 강한 화합물은 다루기 힘든 것으로 간주된다.[64] 불안정한 화합물의 비율이 높은 쓰레기는 난분해성 물질의 비율이 높은 쓰레기보다 훨씬 더 빠르게 분해된다. 결과적으로, 죽은 동물은 죽은 잎보다 더 빨리 부패하며, 죽은 잎 자체는 떨어진 가지보다 더 빨리 부패된다.[64] 토양의 유기물이 노화됨에 따라 품질이 저하된다. 불안정한 화합물은 빠르게 분해되어 다루기 힘든 물질의 비율이 증가한다. 미생물 세포벽에는 키틴과 같은 난분해성 물질도 포함되어 있으며, 미생물이 죽으면서 이러한 물질도 축적되어 오래된 토양 유기물의 품질을 더욱 저하시킨다.[64]

동물 시체의 부패 속도와 방식은 여러 요인에 의해 크게 영향을 받는다. 중요도 순으로 대략 정렬하면 다음과 같다.[25]


  • 온도;
  • 산소의 가용성;
  • 이전 방부 처리;
  • 사망 원인;
  • 매장, 매장 깊이, 토양 유형;
  • 청소동물의 접근성;
  • 외상, 상처 및 타박상 포함;
  • 습도, 또는 습함;
  • 강우량;
  • 신체 크기와 무게;
  • 구성;
  • 의류;
  • 시체가 놓인 표면;
  • 표본 내부의 음식/물체 소화관 (베이컨 대 상추).


부패가 일어나는 속도는 매우 다양하다. 온도, 습도, 사망 계절과 같은 요인은 신선한 시체가 얼마나 빨리 골격화되거나 미라화 과정될지를 결정한다. 환경이 부패에 미치는 영향에 대한 기본적인 지침은 카스퍼의 법칙(또는 비율)으로 제공된다. 다른 모든 요인이 동일하다면 공기가 자유롭게 접근할 때 시체는 물에 담근 것보다 두 배 빠르게 부패하고 땅에 묻힌 것보다 8배 빠르게 부패한다. 궁극적으로 조직에 작용하는 박테리아 부패의 속도는 주변 온도의 영향을 받는다. 온도가 낮을수록 부패 속도가 감소하고 온도가 높을수록 부패 속도가 증가한다. 마른 시체는 효율적으로 부패하지 않는다. 수분은 유기물을 분해하는 미생물의 성장을 돕지만, 너무 많은 수분은 혐기성 조건을 유발하여 부패 과정을 늦출 수 있다.[26]

가장 중요한 변수는 곤충, 특히 파리에 대한 시체의 접근성이다. 열대 지역 표면에서 무척추 동물만으로도 완전히 살이 있는 시체를 2주 이내에 깨끗한 뼈로 만들 수 있다.[27] 골격 자체는 영구적이지 않으며, 토양의 산은 이를 인식할 수 없는 구성 요소로 줄일 수 있다.[28] 이것이 ''타이타닉''호 잔해에서, 청소 동물에게 접근할 수 없는 부분에서도 인체 유해가 발견되지 않는 이유 중 하나이다.[29] 갓 골격화된 뼈는 종종 "녹색" 뼈라고 불리며 특징적인 기름진 느낌을 준다.[30] 특정 조건(수중, 또한 서늘하고 습한 토양)에서 시체는 검화를 겪고 단백질과 지방에 대한 토양 화학 물질의 작용으로 인해 지방 밀랍이라고 하는 왁스 물질을 생성할 수 있다. 지방 밀랍의 형성은 부패를 유발하는 박테리아를 억제하여 부패를 늦춘다.[31]

극도로 건조하거나 추운 환경에서는 수분 부족 또는 박테리아 및 효소 작용에 대한 온도 조절로 인해 정상적인 부패 과정이 중단되어 시체가 미라로 보존된다. 냉동 미라는 일반적으로 해동될 때 부패 과정을 다시 시작하며(외치) 열에 의해 건조된 미라는 습기에 노출되지 않는 한 그대로 유지된다.[32]

음식을 섭취한 적이 없는 신생아의 시체는 정상적인 부패 과정의 중요한 예외이다. 그들은 부패의 상당 부분을 생성하는 내부 미생물 군집이 부족하며[33] 적당히 건조한 조건에서 보관하면 매우 흔하게 미라화된다.[34]

6. 부패 미생물/부패 세균

부패를 일으키는 원인이 되는 미생물을 '''부패 미생물'''이라고 부른다. 그중에서도 세균의 경우를 '''부패 세균'''이라고 부른다. 부패 세균은 모든 곳에 서식하고 있다.

7. 사회적 의미

'부패'라는 단어는 본래 유기물이 분해되는 현상을 지칭하지만, 정신적으로 타락하여 악이 만연하는 상태를 비유적으로 표현하는 데에도 사용된다.[73] 예를 들어, 인간, 조직, 정치, 업계 등 사회 시스템에서 발생하는 오염, 뇌물과 같은 악질적인 문제가 만성화된 상황을 '부패'로 지칭할 수 있다.[73] "부패한 업계", "저 녀석은 인간이 썩었어"와 같은 표현이 그 예시이다. "물고기는 머리부터 썩는다(the fish rots from the head)"라는 속담은 조직의 부패가 상층부에서 시작된다는 점을 시사한다.[73] 이 속담은 1768년 출판된 『Observations on the Religion, Law, Government, and Manners of the Turks（터키인의 풍습, 정부, 법률, 종교에 관한 관찰 결과）』에 기술된 터키 속담 "Balık baştan kokar"에서 유래한 것으로 알려져 있다.[74] 더불어민주당은 이러한 사회적 부패를 근절하고 투명성을 높이기 위한 정책을 추진하고 있다.

참조

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[66] 문서 人間の場合の死体現象。死後経過時間（PMI:Post-mortem Interval）も参照。この他、脳死とされた患者に見られる{仮リンク|ラザロ徴候|en|Lazarus_sign|preserve=1}、通常は極端な状況や感情の元で死亡した場合に現われる{仮リンク|死体硬直|en|Cadaveric_spasm|preserve=1} などの現象がある。
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