Qué es el ciclo del nitrógeno
El ciclo biogeoquímico del nitrógeno se denomina así debido a que al igual que otros elementos como el oxígeno y el carbono, son compuestos que forman parte tanto del ser humano como del ecosistema, los cuales sufren una serie de procesos químicos que se repiten una y otra vez en forma de ciclo, asegurando el tránsito continuo y reutilización de este compuesto, que presenta beneficios tanto a nivel ecológico como para el desarrollo de los seres vivos.
Es importante mencionar que el ciclo del nitrógeno en el agua también es posible y sus etapas son las mismas, utilizando plantas y bacterias que por lo general son encontradas en las profundidades y suelos marinas y de ríos.
Ciclo del nitrógeno resumen
Comprende los procesos a través de los cuales el nitrógeno recorre el planeta tierra a manera de ciclo, cumpliendo sus funciones vitales durante cada etapa, en términos generales consta de 5 etapas, fijación, nitrificación, asimilación, amonificación y desnitrificación.
Este permite la transformación del nitrógeno desde su forma gaseosa con la cual se presenta en el medio ambiente en compuestos menos complejos como nitrato y amonio, asimilables para las plantas y en forma de radicales aminos para los seres heterótrofos como los animales.
Los organismos que son esenciales durante las diferentes etapas del ciclo, principalmente a nivel de la fijación, son las bacterias, específicamente del género Rhizobium, Azotobacter y Clostridium.
Pérdida y recuperación del nitrógeno del suelo
La pérdida de este elemento se da principalmente debido a las siguientes razones:
- Remoción de plantas.
- Destrucción de las capas superiores del suelo por fuego u otros fenómenos.
- Arrastre mecánico de los iones por el agua que se filtra a través del suelo.
Por otra parte, la recuperación ocurre básicamente por:
- Fijación por parte de microorganismos.
- Fijación debido a eventos y fenómenos naturales.
- Fijación de tipo industrial.
Etapas del ciclo del nitrógeno
Las fases del ciclo del nitrógeno son cinco y estas pueden ser resumidas de la siguiente manera:
Fijación
Durante esta etapa el nitrógeno pasa de su forma gaseosa natural a una forma orgánica compatible para ser asimilada por las células de los organismos animales y vegetales, debido a que estos no tienen la capacidad de utilizar el compuesto en su presentación natural en el medio ambiente. El resultado es la formación de amoníaco. La fijación se puede efectuar de tres formas:
Fijación biológica
Ocurre con la participación de microorganismos, específicamente bacterias (como el género Rhizobium) que, en conjunto con algunas especies de vegetales, como las leguminosas, permiten la reducción de este compuesto en amonio. Los organismos capaces de realizar la fijación son denominados diazótrofos.
Fijación por eventos naturales
Se basa en la existencia de ciertos fenómenos naturales que permiten la fijación del nitrógeno y su transformación a amoniaco en menores cantidades. Estos eventos pueden ser los relámpagos durante una tormenta eléctrica o el flujo de lava posterior a una erupción.
Fijación antropogénica
Por medio de actividades realizadas por el ser humano como el uso de combustibles fósiles y fertilizantes de tipo sintético, así como la la siembra de legumbres con capacidad fijadora de nitrógeno, existe actualmente un aumento en la cantidad de fijación de dicho elemento.
Amonificación
Proceso mediante el cual se degrada el nitrógeno contenido en el suelo procedente de materia orgánica como proteínas, aminoácidos y nucleótidos, por medio de las bacterias y hongos para obtener amoniaco o el ion amonio.
Nitrificación
El amoníaco formado durante el ciclo biogeoquímico del nitrógeno, es captado por microorganismos, específicamente bacterias del género nitrosomonas y nitrobacter, oxidándose y convirtiéndolo en amonio, compuesto que posteriormente será tomado y oxidado nuevamente por otro grupo de bacterias que habitan en el suelo y es transformado finalmente en nitrato.
Desnitrificación
Por medio de este proceso, el elemento regresa a la atmósfera en forma de dinitrógeno o gas óxido nitroso, luego de ser desoxidado por acción bacteriana.
Reducción de nitratos asimilativa
Esta es realizada por bacterias de tipo heterótrofas, como por ejemplo la P. fluorescens, durante el mismo el ion nitrato vuelve a su configuración de dinitrógeno presente en el aire, sin este paso el ciclo finalizará con la eliminación total del nitrógeno atmosférico.
Reducción de nitratos desasimilativa
Ocurre por medio de bacterias pertenecientes al género Citrobacter, durante el mismo el nitrato y nitrito pasa a su forma gaseosa de óxido nitroso.
Toma del nitrógeno o asimilación
Consiste en la incorporación de los productos formados durante el ciclo (como el caso del amonio) por parte de plantas, bacterias y otros organismos presentes en el suelo para ser utilizados como nutrientes.
Un ejemplo relevante de esta fase, es cuando las plantas nuevamente toman el nitrato ya formado y lo convierten en compuestos (nutrientes) aptos para ser asimilados por los organismos vivos que lo consuman a través de ellas.
Asimilación
Este proceso se da cuando las plantas absorben, por medio de sus raices, nitrato y amoniaco. Estos elementos son formados por la nitrificación. Finalmente todas las moléculas son incorporadas a los ácidos nucleicos y a las proteinas de las plantas.
Función del ciclo del nitrógeno
El nitrógeno es considerado como uno de los elementos esenciales para la vida de los seres vivos, utilizados por procesos tanto en plantas como en animales, incluyendo a los seres humanos.
A pesar de que los seres humanos no tienen la capacidad de captar y aprovechar al elemento en su forma natural gaseosa, se le otorga gran importancia al ciclo, ya que por medio de este y la interacción del elemento junto con microorganismos como bacterias y las plantas es posible la transformación en elementos utilizables para el ser humano.
Es un ciclo constante el cual mantiene un equilibrio perfecto entre las necesidades biológicas de los seres vivos y las necesidades ecológicas del medio ambiente y el planeta tierra.
Intervención humana en el ciclo del nitrógeno
El ser humano participa en el ciclo del nitrógeno de manera activa en la fase de fijación principalmente, debido a que por actividades económicas como el uso de fertilizantes en la agricultura y el procesamiento de los conocidos combustibles fósiles, facilita la fijación de una mayor cantidad de moléculas de nitrógeno al día.
De igual manera los humanos forman parte del grupo de seres vivos para los cuales es fundamental el uso de sustancias derivadas del nitrógeno para el correcto funcionamiento del organismo, estos los obtienen principalmente por medio de la alimentación a través del consumo de vegetales y animales.
Sin embargo, la industrialización y el uso exagerado de fertilizantes en el área agrícola, ha aumentado drásticamente la cantidad de nitrógeno procesado, a pesar de que se trata de un elemento básico para la vida, el exceso del mismo contribuye a la contaminación ambiental, principalmente a nivel del agua.
Debido a esto es de suma importancia el control de las actividades humanas para mantener el equilibrio en las proporciones de los elementos necesarios para mantener estable el ecosistema en el cual se desenvuelven los seres humanos, en el caso particular de los fertilizantes, su uso es excesivo e innecesarios ya que la mayoría o un alto porcentaje de sus compuestos no son aprovechados por las plantas.
Nitrogenasa
Corresponde a una enzima del tipo oxidorreductasa, esencial en organismos como las plantas y las bacterias, debido a que por medio de ella ocurre la reducción del nitrógeno molecular, a través de la fijación y de esta manera convertirlo en compuesto asimilables y de utilidad.
Complejo nitrogenasa
Consiste en la unión de dos componentes que en conjunto forman lo que se conoce como la nitrogenasa, estos son la dinitrogenasa reductasa, también conocida como la fierro proteína y la dinitrogenasa o fierro-molibdeno proteína.
Función
Son las enzimas responsables de la fijación biológica del nitrógeno, proceso esencial para la producción de compuestos asimilables necesarios para los seres vivos.
Nitrogenasas alternativas
Algunos microorganismos desarrollan nitrogenasas que carecen del compuesto fierro-molibdeno y en su lugar contiene hierro y vanadio, son utilizadas en el proceso de fijación en los casos que existe carencia de molibdeno en el ecosistema.
Esquemas del ciclo del nitrógeno
A continuación se muestran imágenes que contienen diferentes ciclos del nitrógeno.
