ECOSISTEMAS 4. CICLO DE NUTRIENTES La materia orgánica

ECOSISTEMAS
4. CICLO DE NUTRIENTES
La materia orgánica formada por los organismos productores requiere la presencia en el medio de los elementos
químicos esenciales de los seres vivos: carbono, nitrógeno, fósforo y otros elementos que aparecen en menor cantidad.
El recorrido más o menos largo que cada elemento químico realiza en la naturaleza se denomina ciclo biogeoquímico.
La materia y la energía participan en los ecosistemas, pero tienen una gran diferencia. En el flujo de energía el
ecosistema pierda energía en forma de calor pero en los ciclos biogeoquímicos la materia se recicla por lo que es un
SISTEMA CERRADO.
Los principales ciclos biogeoquímicos son:
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Ciclo del carbono
Ciclo del nitrógeno
CICLO DEL CARBONO
Las proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, carbohidratos y otras moléculas esenciales para la vida contienen carbono.
 El carbono está presente en la atmósfera como el gas bióxido de carbono (CO2), que constituye alrededor de
0.04% de la atmósfera.
 También está presente en el océano y el agua dulce como bióxido de carbono disuelto; es decir, carbonato
(CO32−) y bicarbonato (HCO3−), otras formas de carbono inorgánico disuelto, y carbono orgánico disuelto
derivado de procesos de decaimiento.
 El carbono también está presente en rocas como la caliza (CaCO3).
El movimiento mundial del carbono entre el ambiente abiótico, incluyendo la atmósfera y el océano, y los organismos
se conoce como CICLO DEL CARBONO.
1. Inicia durante la fotosíntesis, las plantas, algas y cianobacterias retiran bióxido de carbono del aire y lo fijan, o
incorporan, en compuestos orgánicos como la glucosa. Las plantas usan gran parte de la glucosa para hacer
celulosa, almidón, aminoácidos, ácidos nucleicos y otros compuestos.
2. Muchos de estos compuestos se usan como combustible para la respiración celular por los productores que los
elaboran, por un consumidor que come al productor o por un descomponedor que desintegra los restos del
productor o del consumidor. El proceso de la respiración celular devuelve el bióxido de carbono a la atmosfera.
3. Algunas veces el carbono en las moléculas biológicas no se recicla de vuelta al ambiente abiótico durante largo
tiempo. El carbono almacenado en la madera de los arboles puede permanecer por varios cientos de años e
incluso más.
4. También, hace millones de años se formaron vastos lechos de carbón a partir de los cuerpos de árboles antiguos
que fueron sepultados y sometidos a condiciones anaerobias antes de desintegrarse por completo. De manera
semejante, es probable que los aceites de organismos marinos unicelulares dieran origen a depósitos
subterráneos de petróleo y gas natural que se acumularon en el pasado geológico.
El carbón, petróleo y gas natural, denominados combustibles fósiles, se formaron a partir de los restos de
organismos antiguos, son vastos depósitos de compuestos de carbono, los productos finales de la fotosíntesis
que ocurrió hace millones de años.
5.
El proceso de quema, o combustión, puede regresar a la atmósfera el carbono contenido en el carbón,
petróleo, gas natural y madera.
6. Una cantidad todavía mayor de carbono que ha permanecido almacenado durante millones de años está
incorporado en las conchas de organismos marinos. Cuando estos organismos mueren, sus conchas se hunden
en el fondo del océano y son cubiertas por sedimentos, formando depósitos de lecho marino de varios miles de
metros de espesor. Los depósitos terminan por ser cementados entre si formando piedra caliza, una roca
sedimentaria.
7.
La corteza terrestre es dinámicamente activa y a lo largo de millones de años la roca sedimentaria en el fondo
del piso marino puede emerger para formar tierras superficiales. Cuando el proceso de levantamiento geológico
expone la piedra caliza, un proceso de desgaste químico y físico la erosiona lentamente. Esto devuelve el
carbono al agua y a la atmosfera, donde queda disponible para participar de nuevo en el ciclo del carbono.
CICLO DEL NITRÓGENO
El nitrógeno es crucial para todos los organismos porque es un componente esencial de las proteínas, los ácido nucleicos
y la clorofila. Debido a que la atmosfera de la Tierra es aproximadamente 78% de nitrógeno gaseoso (N2), podría parecer
imposible una reducción del nitrógeno para los organismos. Sin embargo, el nitrógeno molecular es tan estable que no
se combina fácilmente con otros elementos. En consecuencia, la molécula de N2 debe descomponerse antes de que los
átomos de nitrógeno se combinen con otros elementos para formar proteínas, ácidos nucleicos y clorofila.
El ciclo del nitrógeno, en el que este elemento se recicla entre el ambiente abiótico y los organismos, consta de cinco
pasos: fijación del nitrógeno, nitrificación, asimilación, amonificación y desnitrifación.
1. El primer paso en el ciclo, la fijación del nitrógeno, de carácter biológico, implica la conversión del nitrógeno
gaseoso (N2) en amoniaco (NH3). Este proceso fija el nitrógeno en una forma que los organismos pueden usar.
Las bacterias fijadoras de nitrógeno, incluyendo las cianobacterias y otras bacterias de existencia libre y
simbiótica, llevan a cabo la fijación de nitrógeno en el suelo y en ambientes acuáticos.
Algunas bacterias fijadoras de nitrógeno viven bajo capas de limo excluyentes de oxígeno sobre las raíces de
varias especies de plantas. Otras bacterias fijadoras de nitrógeno importantes, del genero Rhizobium, viven en
protuberancias excluyentes de oxígeno, o nódulos, sobre las raíces de legumbres como frijoles, y en algunas
plantas leñosas.
En ambientes acuáticos, las cianobacterias llevan a cabo casi toda la fijación de nitrógeno. Las cianobacterias
filamentosas poseen unas células especiales excluyentes de oxigeno denominadas heterocistos que funcionan
para fijar el nitrógeno.
2. El segundo paso en el ciclo del nitrógeno es la nitrificación, la conversión de amoniaco (NH3) o amonio (NH4+),
formados cuando el agua reacciona con amoniaco, en nitrato (NO3−). Las bacterias del suelo son responsables
del proceso bifásico de nitrificación, que provee energía a estas bacterias, denominadas bacterias nitrificadoras.
3. En el tercer paso, la asimilación, las raíces absorben amoniaco (NH3), amonio (NH4+) o nitrato (NO3 −) formados
por fijación de nitrógeno y nitrificación, e incorporan el nitrógeno en proteínas, ácidos nucleicos y clorofila.
Cuando los animales consumen tejidos vegetales, asimilan nitrógeno al tomar compuestos de nitrógeno
vegetales y convertirlos en compuestos de nitrógeno animales.
4. El cuarto paso, la amonificación, es la conversión de compuestos de nitrógeno orgánicos en amoniaco (NH3) y
amonio (NH4 +). La amonificación empieza cuando el organismo produce desechos que contienen nitrógeno
como urea en orina y ácido úrico en los desechos de las aves. A medida que estas sustancias, junto con los
compuestos de nitrógeno en los organismos muertos, se descomponen, el nitrógeno es liberado hacia el
ambiente abiótico como amoniaco (NH3). Las bacterias que llevan a cabo la amonificación en los ambientes
terrestre y acuático se denominan bacterias amonificadoras. La mayoría del nitrógeno disponible en el suelo se
deriva del nitrógeno orgánico reciclado por amonificación.
5. El quinto paso del ciclo del nitrógeno es la desnitrificación, la reducción de nitrato (NO3−) en nitrógeno gaseoso
(N2). Las bacterias desnitrificadoras invierten la acción de las bacterias fijadoras de nitrógeno y nitrificadoras al
devolver el nitrógeno a la atmosfera como nitrógeno gaseoso. Las bacterias desnitrificadoras son anaerobias y
por tanto viven y crecen mejor donde hay poco o ningún oxígeno. Por ejemplo, se encuentran profundamente
en el suelo cerca de la capa freática, un ambiente que está casi libre de oxígeno.