El Ciclo del Nitrógeno
Contenido
El nitrógeno es uno de los elementos más importantes que se encuentran en la tierra, y es uno de los nutrientes más esenciales tomados por los organismos vivos. El nitrógeno es el principal componente que se encuentra en el aire que respiramos, sin embargo, en esta forma no es accesible a la mayoría de los organismos vivos. Aproximadamente el 78% de la atmósfera está compuesta de este gas incoloro, inodoro y no tóxico. El gas nitrógeno no puede ser utilizado directamente por las plantas y, por lo tanto, necesita ser convertido en un compuesto de nitrato por las bacterias fijadoras de nitrógeno en el suelo.
El proceso a través del cual este elemento se vuelve accesible para que los organismos vivos lo absorban se conoce como el ciclo del nitrógeno.
El nitrógeno se encuentra en dos formas principales en la atmósfera. El primero de ellos es el N2, una molécula compuesta por dos átomos de nitrógeno. Este formato es inaccesible para la mayoría de los organismos de la tierra, lo que lo convierte en un recurso bastante valioso y raro que puede frenar el crecimiento de muchos ecosistemas. La otra forma es NH3, una molécula compuesta por un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno, que se conoce más comúnmente como amoníaco.
Hay muchas otras variaciones de nitrógeno que se encuentran en el mundo, ya sean artificiales u orgánicas. Debido a esto, el nitrógeno es un elemento plástico versátil que ve muchos cambios a lo largo del ciclo del nitrógeno. La mayoría de los cambios experimentados por el nitrógeno en este ciclo (por ejemplo: nitrificación, amonificación, desnitrificación y fijación) dependen principalmente de organismos pequeños como bacterias y hongos.
Los Procesos del Ciclo del Nitrógeno
El ciclo del nitrógeno se divide en cinco procesos principales. Estos procesos son la fijación, asimilación, amonificación, nitrificación y desnitrificación del nitrógeno. Cada uno de ellos juega un papel importante en el movimiento del nitrógeno a través de los diferentes ecosistemas de la tierra.
Fijación de nitrógeno
- El gas nitrógeno es increíblemente abundante en la atmósfera, abarcando casi el 78% de la atmósfera. Sin embargo, este gas es inutilizable para la mayoría de los organismos del mundo. Para que los organismos puedan absorber el nitrógeno, primero hay que convertirlo en otra forma química. Esto se logra a través de un proceso orgánico conocido como fijación de nitrógeno.
- Un grupo especial de microorganismos conocidos como procariotas son responsables de la mayoría de la fijación que ocurre en la naturaleza. El proceso de romper los enlaces químicos encontrados en el nitrógeno es uno que requiere una gran cantidad de energía, y los procariotas han evolucionado para especializarse en esta operación. Por supuesto, los seres humanos han encontrado otras formas de lograr este resultado utilizando procesos industriales.
- Muchas plantas y organismos en realidad tienen una relación simbiótica con organismos que están especializados en fijar el nitrógeno. Algunos ejemplos incluyen legumbres como el trébol y los guisantes, que albergan bacterias especializadas en la fijación del nitrógeno. Otros organismos, como los procariotas, son de vida libre y no dependen de ningún otro organismo.
- Una vez que estas plantas y organismos han absorbido el nitrógeno en su sistema con la ayuda de estos microorganismos especializados, son consumidos por otros organismos como las criaturas herbívoras y los humanos.
Asimilación
- Las bacterias fijadoras de nitrógeno producen amonio que es absorbido por la planta huésped u otro organismo del suelo e incorporado a las proteínas. Las plantas toman este nitrógeno del suelo a través de sus raíces. El nitrógeno que se obtiene de los animales se remonta a la ingesta de plantas en alguna etapa de la cadena alimentaria.
- Cuando los organismos que se encuentran en la parte superior de la cadena alimenticia comen, toman nitrógeno que ha sido fijado por bacterias fijadoras de nitrógeno.
Amonificación
- La amonificación es el proceso por el cual el nitrógeno que se encuentra en los tejidos de un organismo es liberado cuando dicho organismo muere o excreta residuos. Los residuos o tejidos muertos son descompuestos por microorganismos y hongos que liberan amoníaco al ecosistema. Este proceso de conversión de nitrógeno orgánico en amonificación o mineralización es una parte esencial para hacer que el amoníaco sea utilizable para plantas y otros microorganismos.
Nitrificación
- La nitrificación es una parte esencial del ciclo del nitrógeno que convierte el amoníaco en nitrito y luego en nitrato. Esto es llevado a cabo casi exclusivamente por organismos como los procariotas. El proceso consta de dos pasos importantes que deben ser llevados a cabo por estos organismos especializados.
- El primer paso es convertir el amoníaco en nitrito, que es un proceso de oxidación. Esto es realizado por microbios pequeños que son conocidos simplemente como oxidantes de amoníaco. Haciendo uso de un intermediario conocido como hidroxilamina – el uso de enzimas llamadas amoníaco monooxigenasa e hidroxilamina oxidoreductasa para oxidar el amoníaco en su sistema. El nitrógeno también puede ser utilizado como energía para que estos organismos produzcan carbono a partir del dióxido de carbono.
- El segundo paso incluye la oxidación del nitrito creado en el primer paso en nitrato. Los procariotas que llevan a cabo este paso se conocen como bacterias oxidantes de nitritos, y consisten en ejemplos como Nitrospira y Nitrococcus. Este paso es similar al primer paso, y toma una cantidad increíble de energía, lo que significa que estos organismos son de crecimiento muy lento. Una vez que ambos pasos se han completado, la nitrificación del amoníaco se ha completado.
¿Qué es el paisajismo eco-responsable? ¿Qué es el paisajismo eco-responsable?
Desnitrificación
- La desnitrificación es otro proceso muy importante en el ciclo del nitrógeno, y comprende la conversión del nitrato en gas nitrógeno. Este es el proceso por el cual el nitrógeno que se encuentra en formas utilizables por los organismos es devuelto a la atmósfera para ser redistribuido. El principal producto de la desnitrificación es el gas dinitrógeno (N2), pero también puede dar lugar a la producción de gases como el óxido nitroso (N2O), que se considera ampliamente como un gas contaminante que está contribuyendo al calentamiento global.
- La nitrificación es un proceso que ocurre principalmente en suelos y masas de agua, lo que significa que es un proceso que normalmente no requiere oxígeno. Como la mayoría de las otras partes del ciclo del nitrógeno, la desnitrificación se lleva a cabo mediante procariotas. Estos organismos utilizan carbono orgánico para generar la energía necesaria para desnitrificar el nitrógeno orgánico.
- El proceso de desnitrificación elimina el nitrato y el nitrito de los ecosistemas y lo devuelve a la atmósfera en forma de gas dinitrógeno, que es la forma en la que es más abundante. A partir de aquí, el nitrógeno redistribuido se somete a los otros pasos del ciclo para mantenerlo en movimiento de un ecosistema a otro, alimentando el crecimiento de organismos en todo el mundo.
¿Cómo afecta el aumento del nitrógeno al ecosistema?
- Como la mayoría de los demás ciclos y procesos naturales, el ciclo del nitrógeno se ve gravemente perturbado por la actividad humana. El uso de fertilizantes a base de nitrógeno y la quema de combustibles fósiles aumentan la cantidad de nitrógeno biológicamente utilizable que se encuentra en el ecosistema en cualquier momento. El nitrógeno es a menudo un importante factor limitante para los ecosistemas, por lo que la actividad humana que aumenta la fijación del nitrógeno en el nitrógeno utilizable tiene un profundo efecto sobre el crecimiento de los ecosistemas en todo el mundo.
- Demasiado nitrógeno puede envenenar muchos ecosistemas, provocando desequilibrios en los nutrientes que se encuentran en plantas y árboles, lo que tiene un profundo efecto no sólo en el ciclo del nitrógeno y el ecosistema, sino también en el ciclo del carbono.
- De manera similar, la sobreabundancia de nitrógeno fijo que se encuentra en el suelo puede causar que el nitrato se filtre a los ecosistemas a base de agua, así como que se introduzca en el agua potable de los seres humanos y de los animales por igual. El aumento del nitrógeno puede llevar a la reducción de los niveles de oxígeno en el agua, causando la muerte tanto de la flora como de la fauna. Puede estimular el crecimiento de algas nocivas y puede alterar drásticamente el equilibrio del ecosistema en su conjunto.
