Ciclos Biogeoquimicos

CICLOS BIOGEOQUIMICOS

BIOGEOQUIMICA

El trayecto más o menos periódico de los elementos químicos entre los organismos y el medio ambiente se conocen como ciclos biogeoquímicos. La geoquímica es una ciencia física importante vinculada con la composición química de la Tierra y el intercambio de elementos entre las diversas partes de la corteza y sus océanos y ríos, entre otros. Por lo tanto, la biogeoquímica es el estudio del intercambio de los materiales químicos entre los componentes biótico y abiótico de la biosfera.

CICLO DEL CARBONO

Un 18% de la materia orgánica viva está constituida por carbono, la capacidad de dichos átomos de unirse unos con otros, proporciona la base de la diversidad molecular así como el tamaño molecular. Por tanto el carbono es un elemento esencial en todos los seres vivientes.

El movimiento del carbono a través del medio biótico y abiótico se conoce como el ciclo del carbono, y está directamente relacionado al dióxido de carbono. Depende de procesos tanto naturales como antropogénicos que implican su absorción y transformación en el suelo.

El ciclo comienza cuando las plantas, a través de la fotosíntesis y utilizando la clorofila como catalizador, emplean el dióxido de carbono que está presente en la atmósfera o disuelto en el agua; al descomponerse el dióxido de carbono, el carbono pasa a ser parte de los tejidos vegetales en forma de hidratos de carbono (glucosa), grasas y proteínas, pues todas las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbono, mientras que el oxígeno es reintegrado a la atmósfera o al agua mediante la respiración.

Así, el carbono pasa a los herbívoros que consumen plantas y de ese modo, lo utilizan y degradan en compuestos de carbono. Una parte de estos, se almacena en los tejidos animales de los herbívoros y por medio de la depredación llega a los carnívoros, sin embargo parte de este carbono es liberado en forma de gas, mediante la respiración de los seres vivos, produciendo de este modo dióxido de carbono. Aunque también cabe mencionar que las actividades volcánicas y los incendios forestales espontáneos, son considerados como emisores de dióxido de carbono a la atmósfera.

Los seres vivos que habitan en el medio acuático toman el dióxido de carbono del agua, ya que la solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la de otros gases, tales como el oxígeno o el nitrógeno. En los ecosistemas marinos algunos organismos convierten parte del dióxido de carbono que toman, en carbonato de calcio (CaCO3) que necesitan para formar sus conchas, caparazones o sus esqueletos como en el caso de los arrecifes. Cuando estos organismos mueren, sus estructuras se depositan en el fondo formando rocas sedimentarias calizas en las que el carbono queda retirado del ciclo durante miles y hasta millones de años, regresando lentamente de nuevo al ciclo, cuando las rocas se van disolviendo.

En última instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por medio de la descomposición, y el carbono es liberado en forma de dióxido de carbono, que es a su vez es utilizado de nuevo por las plantas, continuando así su permanencia en el ciclo.

CICLO DEL NITROGENO

El ciclo del nitrógeno al igual que los demás ciclos biogeoquímicos, tiene una trayectoria definida, pero quizá aún más complicada que los demás, dado que tiene que seguir una serie de procesos físicos, químicos y biológicos. Así, el nitrógeno está considerado como el elemento más abundante en la atmósfera. Sin embargo, dada su estabilidad, es muy difícil que reaccione con otros elementos y, por tanto, se tiene un bajo aprovechamiento, razón por la cual, su abundancia pasa a segundo término.

FASES DEL CICLO

El ciclo del nitrógeno tiene cinco etapas, de las cuales sólo la asimilación no es realizada por bacterias:

1. FIJACION

La fijación biológica del nitrógeno consiste en la incorporación del nitrógeno atmosférico, a las plantas, gracias a algunos microorganismos, principalmente bacterias y cianobacterias que se encuentran presentes en el suelo y en ambientes acuáticos. Esta fijación se da por medio de la conversión de nitrógeno gaseoso (N2) en amoniaco (NH3) o nitratos (NO3-). Estos organismos usan la enzima nitrogenasa para su descomposición. Sin embargo, como la nitrogenasa sólo funciona en ausencia de oxígeno, las bacterias deben de alguna forma aislar la enzima de su contacto.

Algunas estrategias utilizadas por las bacterias para aislarse del oxígeno son: vivir debajo de las capas de moco que cubren a las raíces de ciertas plantas, o bien, vivir dentro de engrosamientos especiales de las raíces, llamados nódulos, en leguminosas como los porotos (parecidas a las alubias), las arvejas y árboles como el tamarugo (Rhizobium).

La relación entre Rhizobium y sus plantas huéspedes es mutualista: las bacterias reciben carbohidratos elaborados por la planta, y la planta recibe nitrógeno en una forma asimilable. En el medio acuático la fijación de nitrógeno es realizada por cianobacterias. Algunas especies de helechos de agua, como la Azorella, tienen cavidades en las cuales viven cianobacterias en una manera comparable a la asociación de Rhizobium con las leguminosas. La cantidad de nitrógeno fijado por estas bacterias es impresionante: 200 millones de toneladas anuales.

2. NITRIFICACIÓN O MINERALIZACIÓN

Solamente existen dos formas de nitrógeno que son asimilables por las plantas, el nitrato (NO3-) y el amonio (NH4+). Las raíces pueden absorber ambas formas, aunque pocas especies prefieren absorber nitratos que amoniaco. El amonio es convertido a nitrato gracias a los microorganismos por medio de la nitrificación. La modificación de NH4+ a NO3- depende de la temperatura del suelo. La transformación, es decir, la conversión se da más rápida cuando la temperatura esta arriba de los 10° C y el Ph está entre los 5.5-6.5; asimismo, este proceso se ve completado entre d3os a cuatro semanas.

Esta fase es realizada en dos pasos por diferentes bacterias: primero, las bacterias del suelo Nitrosomonas y Nitrococcus convierten el amonio en nitrito (NO2-), luego otra bacteria del suelo, Nitrobacter, oxida el nitrito en nitrato. La nitrificación les entrega energía a las bacterias.

3. ASIMILACIÓN

La asimilación ocurre cuando las plantas absorben a través de sus raíces, nitrato (NO3-) o amoniaco (NH3), elementos formados por la fijación de nitrógeno o por la nitrificación. Luego, estas moléculas son incorporadas tanto a las proteínas, como a los ácidos nucleicos de las plantas. Cuando los animales consumen los tejidos de las plantas, también asimilan nitrógeno y lo convierten

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