Ciclo del Nitrógeno-Proceso, Pasos (con Diagramas) - Explicación

El nitrógeno es el componente básico de las proteínas y los ácidos nucleicos. Es una parte integral de todas las formas de vida. El nitrógeno es abundante en la atmósfera. Para que se use en diversos procesos biológicos, necesita convertirse de molécula atmosférica inerte a una forma útil.

El proceso por el cual el nitrógeno se convierte de la forma molecular atmosférica a una forma útil para los seres vivos se denomina ciclo del nitrógeno.

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Imagen 1: La imagen de arriba muestra cómo tiene lugar un ciclo de nitrógeno.

Fuente de Imagen: kastatic.org

¿Cuáles son las etapas del ciclo del nitrógeno?

Imagen 2: La fijación de nitrógeno es la primera fase del ciclo del nitrógeno.

Ensayo de Reducción de Nitratos - Laboratoryinfo.com

Fuente de Imagen: wikimedia.org

1. Fijación: El nitrógeno en la atmósfera está en forma inerte y solo unos pocos organismos pueden beneficiarse de él. Para que sea útil a todas las formas de vida, debe convertirse en forma fija u orgánica. Por lo tanto, el proceso se denomina fijación de nitrógeno. El proceso de fijación de nitrógeno incluye lo siguiente:
2. El nitrógeno se deposita por precipitación. Proviene de la atmósfera y se deposita en la superficie del suelo y el agua.
3. Una vez que un depósito es exitoso, el nitrógeno tendrá algunos cambios. Los dos átomos de nitrógeno se separan y se forman en amoníaco al combinarse con hidrógeno. Hay tres organismos responsables de esta acción: algas, bacterias anaeróbicas libres y bacterias que residen en una relación simbiótica con algunos tipos de plantas. ^{(1, 2, 3 y 4)}

¿Qué hay que tener en cuenta?

• Las plantas no tienen la capacidad de usar nitrógeno atmosférico. Necesitan la ayuda de bacterias fijadoras de nitrógeno.
• El agotamiento del nitrógeno en los suelos se remedia plantando cultivos como frijoles y alfalfa.
• El nitrógeno se puede fijar a través de procesos artificiales, como la creación de fertilizantes de nitrógeno y amoníaco. ^{(2, 3 y 4)}

¿Cuáles son los microorganismos que juegan un papel en el proceso de fijación de nitrógeno?

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• Procariotas
• Medios abióticos como rayos o algunas intervenciones industriales como la combustión de combustibles fósiles.
• Exudados de raíces de plantas leguminosas como el trébol, los guisantes y la soja
• Bacterias fijadoras de nitrógeno aeróbicas y anaeróbicas
• Bacterias fototróficas y quimiotróficas ^{(4, 5)}

Imagen 3: El proceso de nitrificación del ciclo del nitrógeno.

Fuente de Imagen: birmingham.ac.uk

2. Nitrificación - Algunas plantas usaban amoníaco. Sin embargo, la mayor parte del nitrógeno absorbido por las plantas se convierte de amoníaco en nitrito y en nitrato con la ayuda de algunos tipos de bacterias, que se denominan bacterias nitrificantes. Los ejemplos son:

1. Nitrosomonas
2. Nitrosospira
3. Nitrospira
4. Nitrosococcus
5. Nitrobacter
6. Nitrospina
7. Nitrococcus ^{(4, 5 y 6)}

Imagen 4: El proceso de asimilación que es la tercera fase del ciclo del nitrógeno.

Fuente de Imagen: slideplayer.com

3. Asimilación – En esta fase, las plantas absorben diversas formas de nitrógeno del suelo. Se utilizarán para formar proteínas vegetales y animales.

Imagen 5: La imagen de arriba muestra cómo tiene lugar la amonificación.

Fuente de Imagen: bioninja.com.au

4. Amonificación - Una vez que las plantas y los animales se degradan o emiten desechos, el nitrógeno vuelve a ingresar al suelo y los descomponedores lo descompondrán. El proceso de descomposición conduce a la producción de amoníaco, que se utilizará para otros procesos biológicos. ^{(4, 5)}

Imagen 6: El proceso de desnitrificación, que es el paso final en el ciclo del nitrógeno.

Fuente de Imagen: ytimg.com

5. Desnitrificación - En esta fase, el nitrógeno vuelve a la atmósfera. La forma de nitrato se convierte de nuevo en nitrógeno gaseoso. La fase de desnitrificación tiene lugar en suelos húmedos en los que es imposible que los microorganismos accedan al oxígeno.

Las bacterias desnitrificantes son las responsables de procesar el nitrato para acceder al oxígeno y al gas nitrógeno como subproducto del proceso. Los microorganismos que juegan un papel importante en la desnitrificación son:

1. Bacilos
2. Pseudomonas
3. Paracoccus ^{(5, 6)}

¿Cuáles son dos formas en que los humanos impactan el ciclo del nitrógeno?

Los seres humanos tienen un gran impacto en el ciclo del nitrógeno. Los seres humanos no pueden fijar biológicamente el nitrógeno, pero pueden hacerlo de forma industrial.

¿No sabe que cada año se generan alrededor de 450 millones de toneladas métricas de nitrógeno fijo mediante el proceso Haber-Bosch? Por otro lado, hay dos formas en que los humanos impactan el ciclo del nitrógeno. Estos son los siguientes:

1. Combustión de combustibles fósiles
2. Uso de fertilizantes que contienen nitrógeno en el campo de la agricultura ^{(5, 6 y 7)}

¿Cuáles son los peligros del exceso de nitrógeno?

• El exceso de nitrógeno en la atmósfera conduce a la producción de lluvia ácida.
• También contribuye al efecto invernadero.
• Cuando se usan fertilizantes artificiales, tales como los que contienen fósforo y nitrógeno, el exceso de fertilizante se puede lavar en los cuerpos de agua, tales como arroyos, ríos y lagos.
• Esto conduce a la escorrentía de fertilizantes que conduce a la eutrofización. Es un proceso por el cual la escorrentía de nutrientes conduce al crecimiento excesivo de algas y otros tipos de microorganismos.
• El proceso de eutrofización reduce la disponibilidad de oxígeno en el agua, especialmente por la noche.
• Durante ese tiempo, las algas y otros microorganismos que se alimentan de ellas absorben una gran cantidad de oxígeno durante la respiración celular.
• El resultado final es la muerte de los organismos que residen en el ecosistema afectado, como los camarones y los peces. ^{(5, 6, 7 y 8)}

Datos sobre el nitrógeno

• Aproximadamente el 78% del aire es nitrógeno.
• El nitrógeno juega un papel significativo en las funciones de los ácidos nucleicos y los aminoácidos.
• El nitrógeno es una parte del ATP, que es la molécula de energía primaria para los organismos vivos.
• Los seres vivos no pueden obtener nitrógeno directamente de la atmósfera.
• Para que los seres vivos accedan al nitrógeno, el nitrógeno tiene que pasar por un proceso llamado fijación de nitrógeno.
• Para que se produzca la fijación de nitrógeno, necesita la ayuda de leguminosas y bacterias simbióticas o también conocidas como bacterias fijadoras de nitrógeno.
• Las bacterias fijadoras de nitrógeno convierten el nitrógeno del suelo en amoníaco. De esa manera, puede ser utilizado por las plantas.
• Una vez que se fija el nitrógeno, otras bacterias lo convertirán en nitrato a través del proceso de nitrificación.
• La etapa final del ciclo del nitrógeno es la desnitrificación en la que los nitratos en el suelo se descomponen y el nitrógeno finalmente se libera a la atmósfera, completando el ciclo del nitrógeno.
• El nitrógeno es uno de los componentes de muchos explosivos.
• El nitrógeno es incoloro, insípido e inodoro.
• Alrededor del 3% del peso corporal humano está compuesto de nitrógeno. ^{(2, 5, 8, 9 y 10)}

Referencia

1. https://enviroliteracy.org/air-climate-weather/biogeochemical-cycles/nitrogen-cycle/
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_cycle
3. https://www.visionlearning.com/en/library/Earth-Science/6/The-Nitrogen-Cycle/98
4. https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeochemical-cycles/a/the-nitrogen-cycle
5. https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/the-nitrogen-cycle-processes-players-and-human-15644632
6. https://www.ducksters.com/science/ecosystems/nitrogen_cycle.php
7. https://www.toppr.com/guides/biology/microorganisms/nitrogen-cycle/
8. https://extension2.missouri.edu/wq252
9. https://microbiologyonline.org/about-microbiology/microbes-and-the-outdoors/nitrogen-cycle
10. https://microbiologysociety.org/resource_library/knowledge-search/schoolzone-the-nitrogen-cycle.html