Ciclo del nitrógeno

El ciclo de este elemento es bastante más complejo que el del carbono, dado que está presente en la atmósfera no sólo como N2 (80%) sino también en una gran diversidad de compuestos. Se puede encontrar principalmente como N2O, NO y NO2, los llamados NOx. También forma otras combinaciones con oxígeno tales como N2O3 y N2O5 (anhídridos), "precursores" de los ácidos nitroso y nítrico. Con hidrógeno forma amoníaco (NH3), compuesto gaseoso en condiciones normales.

En el suelo hay importantes cantidades naturales de sales relacionadas al nitrógeno, entre otros los nitratos y nitritos (inorgánicos) y la urea (orgánica); esta última, junto al nitrato de amonio se sintetiza en grandes cantidades para su utilización como abono. Todos estos productos son solubles en agua, y se lixivian con el regadío y la lluvia, siendo arrastrados hacia los ríos y lagos, y luego al mar.

Es importante destacar que la retención de este elemento en organismos vivos tanto animales como vegetales, no se realiza como N2, dada su nula reactividad en condiciones normales, sino como sus derivados orgánicos e inorgánicos.

El nitrógeno es uno de los elementos más importantes que se pueden encontrar en la Tierra. Es uno de los nutrientes más esenciales para los seres vivos. El nitrógeno es el mayor componente que se encuentra en el aire que respiramos. Sin embargo, en esta forma no es utilizable para la mayor parte de los organismos.

Aproximadamente el 78% de la atmósfera está compuesta de este gas inodoro, incoloro e inocuo. Las plantas no pueden usar el nitrógeno directamente, por eso tiene que convertirse en nitrato, que se genera a partir de las bacterias en el sustrato.

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El proceso mediante el cual este elemento se vuelve accesible para que los organismos vivos lo absorban se conoce como el ciclo del nitrógeno.

El nitrógeno se encuentra en dos formas principales en la atmósfera. La primera de ellas es el N2, una molécula compuesta por dos átomos de nitrógeno. Este formato es inaccesible para la mayoría de los organismos, por lo que es un recurso bastante valioso y raro, con la capacidad de impedir que algunos ecosistemas progresen. La otra forma es el NH3, una molécula que se compone de un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno, comúnmente llamada amoniaco.

Existen muchas otras variaciones del nitrógeno en el mundo, ya sean orgánicas o producidas de forma artificial por el hombre. Por tanto, el nitrógeno es un elemento versátil y de mucha plasticidad que experimenta muchos cambios a lo largo su ciclo. Por ejemplo, la nitrificación, la amonificación, la des nitrificación y la fijación: todas estas fases dependen principalmente de pequeños organismos, como las bacterias y los hongos.

El proceso del ciclo del nitrógeno

El ciclo del nitrógeno se divide en cinco procesos principales, que son la fijación del nitrógeno, la asimilación, la amonificación, la nitrificación y la des nitrificación. Cada uno de éstos desempeña un papel importante en el movimiento del nitrógeno a través de todos los ecosistemas de la Tierra.

Fijación del nitrógeno

El nitrógeno es un gas increíblemente abundante en la atmósfera, ya que de él se compone casi el 78% de la misma. De cualquier modo, así como se encuentra en la atmósfera no puede ser utilizado por la mayoría de los organismos. Para que éstos puedan absorberlo, primero necesita convertirse en otra forma química. Esto se logra a partir del proceso conocido como la fijación del nitrógeno.

Un grupo especial de micro organismos conocidos como procariotas son los responsables de la mayor parte de la fijación del nitrógeno en la naturaleza. El proceso de romper los lazos químicos que se encuentran en este elemento requiere de una gran cantidad de energía y los procariotas han evolucionado especialmente para poderlo hacer. Los humanos también han encontrado la forma de hacerlo usando procesos industriales.

Muchas de las plantas y organismos actuales tienen una relación simbiótica con organismos que están especializados en fijar nitrógeno. Algunos ejemplos incluyen las leguminosas, como los tréboles y los chícharos, que albergan bacterias especializadas en fijar nitrógeno. Otros organismos, como los procariotas, son libres y no dependen de un organismo en particular.

Una vez que estas plantas y organismos han absorbido el nitrógeno en sus sistemas con la ayuda de los microorganismos especializados, son consumidos por otros organismos, como los herbívoros y los humanos.

Asimilación

Las bacterias que fijan el nitrógeno producen amoniaco, que es absorbido por las plantas o por otros organismos vivos para incorporarlo en las proteínas. Las plantas toman esta forma del nitrógeno a través de sus raíces. El nitrógeno que se obtiene del consumo de animales se puede rastrear en la cadena alimenticia hasta las plantas.

Cuando los organismos están en la cima de la cadena alimenticia, toman el nitrógeno que las bacterias procariotas han fijado en sus alimentos.

Amonificación

La amonificación es el proceso a través del cual se libera el nitrógeno de los tejidos de un organismo cuando éste muere o excretan desechos. El tejido muerto o de desecho es descompuesto por microorganismos y hongos que liberan amoniaco al ambiente. Este proceso de convertir nitrógeno en amoniaco es una parte esencial de hacerlo aprovechable para las plantas y otros microorganismos.

Nitrificación

La nitrificación es una parte esencial del ciclo del nitrógeno en la cual el amoniaco se convierte de nitrito a nitrato. Esto lo realizan casi exclusivamente los procariotas. El proceso comprende dos pasos importantes que llevan a cabo organismos especializados.

Estos organismos también pueden emplear nitrógeno como energía para producir carbono del dióxido de carbono. El primer paso es convertir el amoniaco en nitrito, que es el proceso de oxidación. Se lleva a cabo por pequeños microbios llamados simplemente oxidantes del amoniaco. Mediante un intermediario químico llamado hidroxilamina, oxidan el amoniaco en sus sistemas.

El segundo paso incluye la oxidación del nitrito en nitrato. Los procariotas que se encargan de este paso son conocidos como bacterias oxidantes del nitrito. Este paso es bastante similar al primero y requiere una gran cantidad de energía, lo cual significa que estos organismos crecen muy lentamente. Una vez que se completan ambas fases, concluye la nitrificación del amoniaco.

Des nitrificación

La des nitrificación es otro paso muy importante del ciclo del nitrógeno, pues comprende la conversión de nitrato en gas nitrógeno. Este es el proceso mediante el cual el nitrógeno que han usado los organismos se libera de vuelta a la atmósfera para su redistribución. El producto principal de la des nitrificación es el N2, del cual ya hablamos, pero también puede resultar en óxido nitroso o N20, el cual se considera un gas contaminante que tiene un efecto negativo en la capa de ozono y contribuye al calentamiento global.

La nitrificación es un proceso que ocurre mayoritariamente en el suelo y en los cuerpos de agua, lo que significa que no requiere oxígeno. Como la mayor parte de las fases del ciclo del nitrógeno, la des nitrificación la llevan a cabo los procariotas. Estos organismos usan carbono orgánico para generar la energía que desnitrifica el nitrógeno.

El proceso de des nitrificación remueve el nitrato y el nitrito del ecosistema y regresa a la atmósfera gas nitrógeno, que es la forma más abundante de este elemento. Desde aquí, es redistribuido de nuevo en todas las fases del ciclo del nitrógeno y continúa moviéndose de un ecosistema a otro, alimentando a cientos de organismos en el mundo.

¿Cómo afecta al ecosistema el aumento del nitrógeno?

Como la mayor parte de los ciclos naturales, el del nitrógeno puede verse severamente afectado por las actividades humanas. El uso de fertilizantes con base de nitrógeno y la quema de combustibles fósiles incrementan la cantidad de nitrógeno biológico en el ambiente. El nitrógeno, junto con las actividades humanas que aumentan su fijación, es usualmente un importante factor limitante para los ecosistemas.

Demasiado nitrógeno puede de hecho envenenar los ecosistemas, lo cual conlleva un desequilibrio de los nutrientes que se encuentran en plantas y árboles, teniendo un profundo efecto no sólo en el ciclo del nitrógeno y el ecosistema, también en el ciclo del carbono.

Del mismo modo, la sobreabundancia de nitrógeno en el suelo puede causar que el nitrito se filtre en el agua y encuentre su camino hacia el agua que beben los humanos y los animales. El incremento de nitrógeno acarrea una disminución de oxígeno en el agua, lo que causa la muerte de la flora y la fauna que vive en ella. Además puede estimular el crecimiento de algas dañinas que alteran dramáticamente el equilibrio de todo un ecosistema.