LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Si
la materia no repitiera sus ciclos, ninguna forma viviente sobreviviría
en la actualidad, porque los cadáveres y desechos orgánicos acumularían
indefinidamente la materia prima que permite estructurar al organismo
biológico.
La Tierra no recibe del espacio exterior, ni pierde hacia él, cantidades significativas de materia. En consecuencia, los seres vivos tienen que satisfacer sus necesidades de sustancias orgánicas e inorgánicas utilizando, exclusivamente, la materia confinada dentro de sus propios límites.
De las sustancias inorgánicas que se mueven cíclicamente en los ecosistemas, algunas son requeridas en grandes cantidades por los organismos vivientes, razón por la cual se denominan macronutrientes; los ejemplos más importantes incluyen al agua, carbono, nitrógeno y fósforo. Otras materias inorgánicas también son necesarias para los seres vivos, pero sólo en cantidades muy pequeñas; se trata de micronutrientes como, por ejemplo, fierro, cobre, cloro, zinc y yodo.
Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica.
La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la atmósfera.
Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario.
Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono.
Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2
Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, originándose problemas de eutrofización.
5. Ciclo del azufre
Es menos importante que los otros elementos que hemos visto, pero imprescindible porque forma parte de las proteínas.
Su reserva fundamental es la corteza terrestre y es usado por los seres vivos en pequeñas cantidades.
Las plantas y otros productores primarios lo obtienen en su forma soluble, principalmente como ion sulfato (SO42-) y sulfuros que, tras ser reducidos se incorporan a sus proteínas en forma de amina. Los organismos que ingieren estas plantas lo incorporan a su vez a sus proteínas. Muchos procariotas, algas, hongos y plantas son capaces de transformar el sulfato mediante un proceso de reducción. Así el azufre se incorpora a moléculas orgánicas como los aminoácidos.
La proteína de los productores son consumidas por los consumidores y de esta forma pasa a los organismos del nivel trófico superior.
Algunos grupos de bacterias (Desulfovibrio) devuelven el sulfuro al ambiente ya que lo utilizan como aceptor de electrones obteniendo energía para sus procesos metabólicos y producen H2S, que se libera a la Atmósfera. Esto se realiza en condiciones anaerobias como las que aparecen en las aguas pantanosas que son ricas en materia orgánica en descomposición y sulfatos.
Otras bacterias como Thiobacillus recuperan el H2S, gracias a que son capaces de trasformar el ácido sulfhídrico en azufre elemental y después en sulfatos.
Los ciclos biogeoquímicos representan los
cambios que experimentan los elementos químicos que constituyen los seres vivos
en su recorrido cíclico por la biosfera. En ellos participan todos los
organismos presentes en los distintos niveles tróficos.
La Tierra no recibe del espacio exterior, ni pierde hacia él, cantidades significativas de materia. En consecuencia, los seres vivos tienen que satisfacer sus necesidades de sustancias orgánicas e inorgánicas utilizando, exclusivamente, la materia confinada dentro de sus propios límites.
De las sustancias inorgánicas que se mueven cíclicamente en los ecosistemas, algunas son requeridas en grandes cantidades por los organismos vivientes, razón por la cual se denominan macronutrientes; los ejemplos más importantes incluyen al agua, carbono, nitrógeno y fósforo. Otras materias inorgánicas también son necesarias para los seres vivos, pero sólo en cantidades muy pequeñas; se trata de micronutrientes como, por ejemplo, fierro, cobre, cloro, zinc y yodo.
Los más importantes son
el ciclo del oxígeno, carbono, nitrógeno, azufre y fósforo.
1. Ciclo del oxígeno
El
oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma
parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. En forma de O2 se
encuentra en la atmósfera y se debe a la actividad fotosintética de
primitivos organismos.Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica.
La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la atmósfera.
Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario.
Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono.
Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2
 |
Ciclo del Oxígeno
|
2. El ciclo del carbono
El carbono es esencial para construir las moléculas orgánicas que caracterizan a los organismos vivos.
La principal fuente de carbono para los productores es el CO2 del aire atmosférico, que también se halla disuelto en lagos y océanos.
Además hay carbono en las rocas carbonatadas (calizas, coral) y en los combustibles fósiles (carbón mineral y petróleo).
Durante la fotosíntesis, las plantas verdes toman CO2 del ambiente abiótico e incorporan el carbono en los carbohidratos que sintetizan. Parte de estos carbohidratos son metabolizados por los mismos productores en su respiración, devolviendo carbono al medio circundante en forma de CO2. Otra parte de esos carbohidratos son transferidos a los animales y demás heterótrofos, que también liberan CO2 al respirar.
El ciclo completo del carbono requiere que los descomponedores metabolicen los compuestos orgánicos de los organismos muertos y agreguen nuevas cantidades de CO2 al ambiente. A todo lo anterior debe sumarse la enorme cantidad de CO2 que llega a la atmósfera como producto de la actividad volcánica, la erosión de las rocas carbonatadas y, sobre todo, la quema de combustibles fósiles por el hombre.
La principal fuente de carbono para los productores es el CO2 del aire atmosférico, que también se halla disuelto en lagos y océanos.
Además hay carbono en las rocas carbonatadas (calizas, coral) y en los combustibles fósiles (carbón mineral y petróleo).
Durante la fotosíntesis, las plantas verdes toman CO2 del ambiente abiótico e incorporan el carbono en los carbohidratos que sintetizan. Parte de estos carbohidratos son metabolizados por los mismos productores en su respiración, devolviendo carbono al medio circundante en forma de CO2. Otra parte de esos carbohidratos son transferidos a los animales y demás heterótrofos, que también liberan CO2 al respirar.
El ciclo completo del carbono requiere que los descomponedores metabolicen los compuestos orgánicos de los organismos muertos y agreguen nuevas cantidades de CO2 al ambiente. A todo lo anterior debe sumarse la enorme cantidad de CO2 que llega a la atmósfera como producto de la actividad volcánica, la erosión de las rocas carbonatadas y, sobre todo, la quema de combustibles fósiles por el hombre.
En cada nivel,
parte del carbono será devuelto a la atmósfera como CO2 mediante
la respiración. La madera de los árboles o los combustibles fósiles
(carbón, petróleo, gas) pueden retener el carbono millones de años, pero
finalmente serán quemados o descompuestos.
Los descomponedores cerrarán el ciclo
devolviendo el carbono de la materia orgánica a la atmósfera como CO2.
3. El ciclo del nitrógeno
El nitrógeno forma parte de proteínas y ácidos nucleicos. Es el elemento más abundante de la atmósfera (78%, N2), pero los productores no pueden asimilarlo en forma de gas, por lo que sólo lo que obtienen del suelo, en forma de nitratos.
El nitrógeno forma parte de proteínas y ácidos nucleicos. Es el elemento más abundante de la atmósfera (78%, N2), pero los productores no pueden asimilarlo en forma de gas, por lo que sólo lo que obtienen del suelo, en forma de nitratos.
El ciclo
del nitrógeno es el siguiente:
- Los productores absorben los nitratos del suelo e incorporan el N a la materia orgánica.
- El N de las moléculas orgánicas circula por las cadenas tróficas. Una parte será devuelto al suelo como amoniaco y otros compuestos nitrogenados en la orina.
- Los descomponedores liberan el N de las biomoléculas convirtiéndolo en amoniaco, que es devuelto al suelo.
Las bacterias nitrificantes transforman
el amoniaco en nitratos, cerrando el ciclo.Existen, además, otros dos grupos de
bacterias que intervienen en el ciclo del nitrógeno. Las bacterias fijadoras
del nitrógeno son capaces de tomar el N2 atmosférico
y convertirlo en nitrato. Las bacterias desnitrificantes realizan
el paso contrario: convierten el nitrato otra vez en N2.Algunas
plantas, como las leguminosas, llevan bacterias fijadoras de nitrógeno
en sus raíces. Estas bacterias viven en simbiosis con la planta:
proporcionan N al vegetal y obtienen nutrientes.
4. El ciclo del fósforo
El fósforo es un elemento que se puede encontrar en las estructuras del ADN de los organismos, siendo un componente esencial de los mismos. La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, aunque el papel que desempeña es vital. El fósforo es el principal factor limitante del crecimiento para los ecosistemas, porque el ciclo del fósforo está principalmente relacionado con el movimiento del fósforo entre los continentes y los océanos. Al contrario que en el ciclo del nitrógeno, en el del fósforo no hay fase gaseosa en el aire.
El fósforo forma parte de proteínas y ácidos nucleicos, así como del esqueleto de muchos animales. Su fuente principal son las rocas fosfatadas. Cuando estas se ven alteradas por la meteorización liberan fosfatos al suelo, de donde los toman los productores.El ciclo del P es el siguiente:
El fósforo es un elemento que se puede encontrar en las estructuras del ADN de los organismos, siendo un componente esencial de los mismos. La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, aunque el papel que desempeña es vital. El fósforo es el principal factor limitante del crecimiento para los ecosistemas, porque el ciclo del fósforo está principalmente relacionado con el movimiento del fósforo entre los continentes y los océanos. Al contrario que en el ciclo del nitrógeno, en el del fósforo no hay fase gaseosa en el aire.
El fósforo forma parte de proteínas y ácidos nucleicos, así como del esqueleto de muchos animales. Su fuente principal son las rocas fosfatadas. Cuando estas se ven alteradas por la meteorización liberan fosfatos al suelo, de donde los toman los productores.El ciclo del P es el siguiente:
- Los productores absorben los fosfatos del suelo y los utilizan para fabricar biomoléculas.
- Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas. Por meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo.
- Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por organismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a tierra.
Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, originándose problemas de eutrofización.
5. Ciclo del azufre
Es menos importante que los otros elementos que hemos visto, pero imprescindible porque forma parte de las proteínas.
Su reserva fundamental es la corteza terrestre y es usado por los seres vivos en pequeñas cantidades.
Las plantas y otros productores primarios lo obtienen en su forma soluble, principalmente como ion sulfato (SO42-) y sulfuros que, tras ser reducidos se incorporan a sus proteínas en forma de amina. Los organismos que ingieren estas plantas lo incorporan a su vez a sus proteínas. Muchos procariotas, algas, hongos y plantas son capaces de transformar el sulfato mediante un proceso de reducción. Así el azufre se incorpora a moléculas orgánicas como los aminoácidos.
La proteína de los productores son consumidas por los consumidores y de esta forma pasa a los organismos del nivel trófico superior.
Algunos grupos de bacterias (Desulfovibrio) devuelven el sulfuro al ambiente ya que lo utilizan como aceptor de electrones obteniendo energía para sus procesos metabólicos y producen H2S, que se libera a la Atmósfera. Esto se realiza en condiciones anaerobias como las que aparecen en las aguas pantanosas que son ricas en materia orgánica en descomposición y sulfatos.
Otras bacterias como Thiobacillus recuperan el H2S, gracias a que son capaces de trasformar el ácido sulfhídrico en azufre elemental y después en sulfatos.
Comentarios
Publicar un comentario