El nitrógeno (N2) es un elemento básico en la fabricación de proteínas, ácidos nucleicos, fosfolípidos y carbohidratos; así como también es el gas más abundante de la atmósfera (78%). Sin embargo, los seres vivos no lo podemos asimilar directamente. Por ello, necesita ser trasformado mediante el ciclo del nitrógeno o ciclo biogeoquímico del nitrógeno, el cual os explicamos aquí en qué cosiste, cuáles son sus pasos o etapas, y su importancia, junto a varios esquemas e imágenes del ciclo del nitrógeno.
¿En qué consiste el ciclo del nitrógeno? Resumen y explicación
El ciclo del nitrógeno es uno de los ciclos biogeoquímicos más importantes para el equilibrio de la vida, ya que el nitrógeno es un elemento abundante en la materia orgánica y en la atmósfera terrestre. Consiste en el conjunto de procesos biológicos y abióticos para su suministro a los seres vivos y que lo mantiene circulando en la biosfera.
En Internet es posible conseguir el ciclo del nitrógeno pdf o ciclo biogeoquímico del nitrógeno pdf, así como también maqueta del ciclo del nitrógeno o esquema del ciclo biogeoquímico del nitrógeno, pero aquí os traemos nuestra ciclo del nitrógeno explicación, acompañada de un dibujo o esquema del ciclo del nitrógeno claro.
A modo de ciclo del nitrógeno resumen, podemos decir que, como hemos dicho, dado que la mayoría de los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico para elaborar aminoácidos y otros compuestos nitrogenados, dependen del nitrógeno presente en los minerales del suelo o del agua, el cual llega hasta ahí a través de la fijación biológica de nitrógeno realizada por unos organismos específicos, que lo convierten en nitrato orgánico, el cual ya es asimilable. Cabe indicar que, a pesar de la gran cantidad que hay de nitrógeno en la atmósfera, la escasez de nitrógeno en el suelo, constituye un factor limitante para el crecimiento de los vegetales. Después de la asimilación del nitrógeno, el nitrato es extraído de la biomasa muerta por los descomponedores y, por último, es de nuevo transformado en nitrógeno gaseoso y devuelto a la atmósfera, cerrándose así el ciclo.
No obstante, esto todo puede ser un poco más complicado. Como explicación del ciclo biogeoquímico del nitrógeno más detallada, en primer lugar, el nitrógeno entra en el ciclo de la vida a través de bacterias que fijan el nitrógeno atmosférico y lo incorporan en sus macromoléculas aprovechables por las plantas. A continuación, una vez transformado el nitrógeno, tiene lugar la asimilación por las plantas y su transmisión a seres vivos superiores mediante la cadena trófica. Aquí, el nitrógeno oxidado recibido como nitrato (NO3–), es transformado a grupos aminoácidos. Después, los descomponedores del suelo, extraen el nitrato de la biomasa muerta, dejándolo en la forma reducida de ion amonio (NH4+), que será oxidado de nuevo a nitrato. También la orina y los excrementos de los animales son ricos en amoníaco (NH3), que puede ser transformado por otras bacterias en nitratos asimilables.
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Además, existen otros componentes atmosféricos nitrogenados, que se mueven con una mayor facilidad de unos sistemas terrestres a otros, como son: el NH3, que procede de emanaciones volcánicas o de la putrefacción de los organismos vivos; y NO, N2O y NO2, denominados comúnmente óxidos de nitrógeno (NOx), que se forman espontáneamente a partir del N2, durante las tormentas eléctricas (fijación atmosférica) o que son enviados hacia la atmósfera en las erupciones volcánicas. Estos NOx atmosféricos, reaccionan con el agua formando ácido nítrico, que cae con la lluvia. Al llegar al suelo, reaccionan con sus componentes, formando también los nitratos (NO3) que las plantas asimilan.
El amonio y el nitrato son sustancias extremadamente solubles, por lo que son arrastradas fácilmente por la escorrentía y la infiltración, y, al final, todo el nitrógeno atmosférico habría terminado, tras su conversión, disuelto en el mar (donde tendría lugar el ciclo del nitrógeno en el agua), a no ser por la existencia de otros dos procesos, mutuamente simétricos, en los que está implicado el nitrógeno atmosférico: la fijación de nitrógeno atmosférica, que origina compuestos solubles a partir del N2, y la desnitrificación, una forma de respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera. De esta manera, se mantiene un importante depósito de nitrógeno en el aire (donde representa un 78 % en volumen).
Y ¿qué pasa en el agua? Pues, el ciclo del nitrógeno en el agua es similar al ciclo del nitrógeno en el suelo. Aquí, los procesos de fijación y transformación de las distintas formas de nitrógeno, las realizan las algas cianobacterias que forman parte del fitoplancton, y bacterias y arqueas marinas.
Así pues, el nitrógeno de los escurrimientos y fertilizantes, llega al agua. Parte de éste, cae al fondo oceánico en forma de sedimento. A lo largo de periodos de tiempo prolongados, los sedimentos son comprimidos hasta formar rocas sedimentarias. Finalmente, el levantamiento geológico, puede mover las rocas sedimentarias de nuevo a la tierra.
Por otro lado, otra parte del nitrógeno orgánico, después de haber pasado por la cadena trófica acuática, es convertido en iones nitrito y nitrato, los cuales se transforman nuevamente en nitrógeno gaseoso, en un proceso análogo al que ocurre en la tierra.
Ciclo del nitrógeno etapas o pasos
Ahora vamos a ver en detalle las fases del ciclo del nitrógeno o ciclo del nitrógeno pasos, algunos de los cuales ya hemos citado en la anterior explicación del ciclo biogeoquímico del nitrógeno.
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- Fijación del nitrógeno biológica o bacteriana:
El nitrógeno atmosférico se convierte en óxidos de nitrógeno por la acción de los rayos, lo que ayuda a su incorporación a los suelos mediante la fijación atmosférica. Por otra parte, el nitrógeno entra en el ciclo de la vida, a través de bacterias que fijan el nitrógeno atmosférico y lo incorporan en sus macromoléculas, convirtiendo el nitrógeno gaseoso (N2) a amonio (NH4) y amoníaco (NH3).
Estas bacterias, algas y hongos, denominados en su conjunto organismos diazótrofos, pueden vivir libremente en el suelo o agua, como las bacterias pertenecientes a los géneros Azotobacter, Klebsiella y algunas cianobacterias; o ser simbiontes de plantas, como las bacterias del género Rhizobium que viven en nódulos de las raíces de leguminosas y algunas plantas leñosas, los hongos Frankia, o los helechos acuáticos Azolla que albergan cianobacterias.
- Nitrificación:
A continuación, el amonio y el amoníaco anterior son oxidados y transformados en nitritos (NO2–) (nitritación) por bacterias nitrosantes, como las Nitrosomonas. Este proceso, genera energía que es liberada y utilizada por estas bacterias como fuente de energía primaria.
Y luego, seguidamente, estos nitritos se transforman en nitratos (NO2–) (nitratación), por acción de las bacterias nitrificantes, como las Nitrobacter.
- Asimilación:
Los nitratos son el compuesto nitrogenado que los vegetales absorben a través de las raíces. Dentro de las células vegetales, el nitrato se transforma en amonio y es utilizado en la síntesis de aminoácidos, ácidos nucleicos y clorofila.
Los aminoácidos forman parte de las proteínas, que luego son consumidas por los animales herbívoros y después, por otros consumidores secundarios, que incorporan así el nitrógeno a su sistema. Y posteriormente, éste será excretado como desecho, en la urea u orina, regresando al suelo.
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- Amonificación:
La descomposición de los excrementos anteriores y de los tejidos animales y vegetales muertos por bacterias y hongos, libera el nitrógeno en forma de amoníaco (NH3) o amonio (NH4+). El amoníaco queda de nuevo disponible para los procesos de nitrificación y asimilación.
- Desnitrificación:
Por último, bacterias desnitrificantes, como Pseudomonas y Clostridium, en ausencia de oxígeno en el suelo, degradan nitratos y liberan nitrógeno gaseoso de vuelta a la atmósfera, con el fin de utilizar el oxígeno del nitrato (NO3) para su propia respiración.
Cabe indicar que la desnitrificación es empleada en los procesos técnicos de depuración controlada de aguas residuales, para eliminar el nitrato, cuya presencia favorece la eutrofización y reduce la potabilidad del agua, porque se reduce a nitrito por la flora intestinal, y éste es cancerígeno.
Características del ciclo del nitrógeno importancia
Con respecto a las características y a la importancia del ciclo del nitrógeno, hay que destacar que éste es uno de los ciclos biogeoquímicos más importantes para mantener el equilibrio de la biosfera terrestre. El nitrógeno es el elemento químico de mayor abundancia en la atmósfera y un elemento básico para los seres vivos, porque permite elaborar aminoácidos, ADN y proteínas, pero como éstos son incapaces de tomarlo directamente de la atmósfera, precisan de este ciclo.
Además, el nitrógeno es un nutriente limitante común en la naturaleza y la agricultura. Un nutriente limitante es aquel que está disponible en una cantidad mínima y, por lo tanto, limita el crecimiento.
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Por tanto, incluso artificialmente es importante tener este ciclo presente y recrear y permitir el ciclo del nitrógeno acuario.
Intervenciones humanas en el ciclo del nitrógeno negativas
Por último, cabe mencionar que existen diversas actividades humanas que afectan negativamente el ciclo del nitrógeno, estas son:
- Los procesos de combustión de combustibles fósiles a altas temperaturas, en los que entra el aire cargado con oxígeno y nitrógeno en la cámara de combustión de los motores, y ambos reaccionan formando moléculas de NO2, que se liberan a la atmósfera. Allí, con el vapor de agua atmosférico, forman ácido nítrico que caen con la lluvia, dando lugar a la “lluvia ácida” que, al caer al suelo, eleva su cantidad de nitratos.
- La fijación industrial del nitrógeno atmosférico para convertirlo en amoniaco y fertilizantes, por el método Haber-Bosch, que consiste en pasar en N2 a formas activas, de manera parecida a la fijación atmosférica o a las combustiones a altas temperatura.
- El fertilizado excesivo de los cultivos que provoca una liberación de N2O hacia la atmósfera. Este gas contribuye al incremento del efecto invernadero. Además, da lugar a una excesiva fertilización del suelo, que acaba disminuyendo de fertilidad debido a que, al aumentar desmesuradamente el crecimiento de las plantas, pronto comienzan a escasear otros nutrientes esenciales, como el calcio, el magnesio, etc., lo que origina un grave deterioro de la composición química del suelo. Además, las aguas arrastran una gran cantidad de nitratos sobrantes, con lo que se eutrofizan y disminuye su calidad.
Fuentes: Wikipedia y Khan Academy
