Ciclo del nitrógeno

El ciclo del nitrógeno es el proceso mediante el cual el nitrógeno atmosférico realiza una interacción biogeoquímica con los componentes de la biosfera para pasar de un compuesto inerte a uno más útil para los seres vivos.

El nitrógeno (N) es un no metal y es el elemento más abundante en la naturaleza. Por eso, está presente en la atmósfera, suelo, aire, en las plantas y en el agua. Además, es el componente esencial del ADN, ARN, las proteínas, alcaloides y de los ácidos nucleicos. Por medio de este ciclo, este elemento pasa de la atmósfera al suelo, se transforma, aprovecha y regresa nuevamente a la atmósfera para mantener el equilibrio en el ecosistema.

Para que eso ocurra, se activan una serie de procesos bióticos y abióticos como la amonificación o fijación, nitrificación y asimilación, que se encargan de sintetizar las moléculas del nitrógeno para su aprovechamiento.

Fases del ciclo del nitrógeno

El nitrógeno comprende más del 78 % de la composición atmosférica. Sin embargo, ese reservorio está en forma de gas inerte y es casi inaprovechable para los seres vivos, a excepción de algunas algas y bacterias.

En consecuencia, este elemento debe pasar por transformaciones microbianas por medio de pasos no secuenciales que comprenden el denominado ciclo del nitrógeno. Estas fases o etapas son las siguientes:

Fijación biológica del nitrógeno

El nitrógeno que proviene de la atmósfera o N2 se transforma en una molécula reutilizable en forma de NH3. En el proceso de fijación del nitrógeno, el elemento gaseoso se fija en el suelo y en las aguas superficiales a través de la precipitación y de los rayos.

Luego, las bacterias simbióticas o enzimas nitrogenasas combinan el nitrógeno gaseoso con el hidrógeno y el oxígeno para formar amoníaco. El proceso de fijación puede ser de varios tipos:

  • La fijación atmosférica: ocurre por medio de procesos naturales como la lluvia y los rayos que descomponen el elemento en óxidos de nitrógeno aprovechable.
  • La fijación industrial: es un proceso artificial de fijación, ya que el hombre ha desarrollado productos químicos ricos en nitrógeno. Por ejemplo, mediante el uso del amoníaco o fertilizantes como la urea que se utilizan en los cultivos, el nitrógeno llega al suelo y a las aguas.
  • La fijación biológica del nitrógeno: las plantas y los animales aprovechan la transformación que algunas bacterias como la Rhizobium provocan en el nitrógeno. Estos microorganismos lo fijan en el suelo como un recurso utilizable para las plantas y los animales.

El proceso de fijación también implica que los animales herbívoros adquieran de los autótrofos el nitrógeno que necesitan. Posteriormente, estos organismos son consumidos por los depredadores.

Luego, el nitrógeno es expulsado de estos animales por medio de la orina o de materia orgánica nuevamente al suelo, para seguir con el ciclo ecológico de la cadena alimenticia.

Nitrificación

En esta fase las bacterias nitrificantes como las nitrosomonas presenten en el suelo actúan para convertir el nitrógeno en nitrato. Además, se forman nitritos mediante la oxidación.

Se trata de una de las fases más importantes en el ciclo del nitrógeno, puesto que el amoníaco en forma de gas es tóxico y dañino para las plantas.

La cadena alimenticia

Las plantas, conocidas como organismos autótrofos, toman los compuestos de nitrógeno fijados en el suelo por medio de sus raíces. Estas moléculas se encuentran como nitrito, nitrato, amoníaco o amonio.

Los autótrofos utilizan las moléculas para la síntesis de proteínas. Es así, como el nitrógeno ingresa a la red trófica, ya que los heterótrofos depredadores se alimentan de plantas o de otros heterótrofos herbívoros.

Amonificación

Al morir las plantas o animales, la materia orgánica es procesada por bacterias u organismos descomponedores que se encargan de convertir los restos orgánicos en amonio.

El proceso de descomposición conlleva a la síntesis de amoníaco que nuevamente es liberado al ambiente.

Desnitrificación

El nitrógeno regresa nuevamente a la atmósfera cuando el nitrato (NO3) se convierte en nitrógeno gaseoso en ausencia del oxígeno.

Este ocurre porque las bacterias nitrificantes se encargan de procesar el compuesto para producir oxígeno, liberando nitrógeno gaseoso como un subproducto.

Ciclo del nitrógeno en el ecosistema marino

El ciclo del nitrógeno también ocurre en los ecosistemas marinos y en los que son de agua dulce o lacustre. La diferencia es que lo ejecutan las bacterias acuáticas, así como las llamadas arqueas o procariontes.

El ciclo inicia cuando los compuestos nitrogenados se depositan en el fondo marino a través de la escorrentía, precipitación y de los restos orgánicos. Con el tiempo, se constituyen en rocas sedimentarias que se comprimen a lo largo de los años.

Cuando ocurren los movimientos geológicos en la plataforma marina, se desprenden los compuestos nitrogenados, los cuales son esenciales para el equilibrio ambiental.

Importancia

Todas las formas de vida de la naturaleza dependen del nitrógeno. Sin embargo, no todos los organismos son capaces de asimilarlo o de realizar la fijación del nitrógeno en su forma más básica como gas N.

De hecho, el elemento necesita transformarse a (NO3) o a moléculas de nitrato y amonio, que son más asimilables para los organismos vivos. Básicamente, se puede resumir la importancia del nitrógeno de la siguiente manera:

  • Los compuestos hidrogenados son vitales para la síntesis de clorofila en las plantas.
  • Los derivados nitrito y nitrato son necesarios para el cultivo y las plantaciones de distintos rubros alimentarios, ornamentales y medicinales de plantas.
  • El nitrógeno forma parte esencial de la célula y participa en muchos procesos biomoleculares.
  • El ciclo del nitrógeno convierte el gas inerte en compuestos aprovechables para las distintas clases de vida en la tierra.
  • Indirectamente, ayuda a limpiar el ambiente, puesto que las bacterias nitrificantes aplican el proceso de amonificación para procesar los restos orgánicos.

Sin embargo, un exceso de nitrógeno en el ambiente trae consecuencias negativas como la eutrofización en las aguas o altos contenidos de este elemento en el suelo, lo que conduce al envenenamiento de plantas y animales.

En consecuencia, el ciclo del nitrógeno se encarga de mantener ecosistemas saludables sin demasiado o poco nivel de nitrógeno. Pero la participación del hombre para evitar el exceso de nitrógeno es vital para prevenir el deterioro ambiental.

Referencias

  1. Aczel M (2019) ¿Qué es el ciclo del nitrógeno y por qué es clave para la vida? Frente. Mentes Jóvenes. 7:41. doi: 10.3389/frym.2019.00041
  2. Avila, J. P., Canul, R. P., & Sansores, A. C. (2002). Análisis del ciclo del nitrógeno en el medio ambiente con relación al agua subterránea y su efecto en los seres vivos. Ingeniería, 6(3), 73-81. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/467/46760308.pdf
  3. Chislock, MF, Doster, E., Zitomer, RA y Wilson, AE 2013. Eutrofización: causas, consecuencias y controles en los ecosistemas acuáticos. Nat. Educ. Saber _ 4:10. Disponible en: https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/eutrophication-causes-consequences-and-controls-in-aquatic-102364466
Subir