Mitkä ovat typen kierron vaiheet?
”Kaikki tarvitsevat typpeä, mutta mitä tulee ei-neuvottelukelpoisiin, elämää ylläpitäviin alkuaineisiin, se on hankala. Elävät olennot tarvitsevat typpeä toimiakseen soluissaan, ja lisäksi me käytännössä hukumme typpeen, sillä ilmakehämme koostuu 78-prosenttisesti typpikaasusta. Tässä on kuitenkin juju: Tilanne on kuin ”vettä, vettä kaikkialla, mutta ei pisaraakaan juotavaksi”.
Vaikka typpeä on periaatteessa kaikkialla, sitä ei ole hirvittävän paljon maankuoressa, ja elävien olentojen on uskomattoman vaikeaa vangita ilmakehän typpeä ja käyttää sitä omiin tarkoituksiinsa. Se on kuin Minneapolisissa olisi taskut täynnä islantilaista krónuria, jota ei voi käyttää.
”Typpi on tärkeä osa aminohappoja, jotka ovat proteiinien ja nukleiinihappojen, kuten DNA:n, rakennusaineita”, sanoo Georgian yliopiston Odum School of Ecologyn tohtorikoulutettava Jessie Motes sähköpostitse. ”Sen lisäksi, että kasvit tarvitsevat typpeä proteiineihin, se on klorofyllin pääkomponentti, mikä tekee siitä ratkaisevan tärkeän fotosynteesissä.”
mainos
Typen kiertokulku
Koska typpi on rajallinen resurssi tällä planeetalla, typpiatomi ei vietä paljoa aikaa tyhjänpäiväisyytenä, kun se on elävien olentojen hyödynnettävissä olevassa muodossa – tiedemiehet kutsuvat tätä typpeä nimellä ”kiinnittynyt” (fixed nitrogen, fiksoitunut typpi). Sitoutunutta typpeä ottavat kasvit, joita eläimet syövät, jotka syövät toisia eläimiä, jotka kuolevat ja hajoavat ja vapauttavat typpeä takaisin ekosysteemiin bakteerien tai kasvien työstettäväksi. Tämä on typpiatomin kiertokulku maapallolla, ja sen matka alkaa joko hyvin hiljaa tai jättimäisellä pamahduksella.
Vaihe 1: Typen kiinnittyminen
Usko tai älä, salamat ja bakteerit ovat ensisijaisesti vastuussa siitä, että ilmakehän typpi muuttuu eläville olennoille käyttökelpoiseksi typeksi. Ilmakehän typpi (N2) on hyvin stabiili, joten sen muuttaminen toiseen muotoon vaatii uskomattoman paljon energiaa. Jos olet koskaan miettinyt, miksi ulkokasvit näyttävät iloisemmilta sateen jälkeen kuin silloin, kun niitä sumutetaan sadettimella, siihen on syynsä: Salama sähköistää ilmakehän typen (N2) ja veden (H2O) ja muuttaa ne ammoniakiksi (NH3) ja nitraateiksi (NO3). Tämä putoaa maahan sateena, josta kasvit imevät sen ylös ja käyttävät sitä biologisiin prosesseihinsa.
Taajuuden toisessa ääripäässä yleisin tapa saada typpeä eliöiden käyttöön on se, että ilmakehän typpeä sitovat bakteerit, joista osa elää vapaana maaperässä ja osa nauttii symbioottista suhdetta tiettyjen kasvilajien kanssa. Palkokasveilla, kuten herneillä, apilalla ja maapähkinöillä, on juurissaan pieniä kyhmyjä, jotka vetävät puoleensa bakteereja, jotka muuttavat itsepäisen ilmakehän typen ammoniakiksi tai ammoniumiksi, jota voidaan sitten käyttää kasvin voimanlähteenä.
Vaihe 2: Nitrifikaatio
Kasvit voivat käyttää maaperässä olevaa ammoniakkia suoraan, mutta se on myös ensimmäinen vaihe nitrifikaatioprosessissa, jonka kautta erikoistuneet bakteerit ja arkeologiset bakteerit muuttavat ammoniakin nitriitiksi (NO2) ja välittävät sen sitten eteenpäin aivan toiselle prokaryoottijoukolle, joka edelleen hapettaa nitriitin nitraatiksi (NO3-). Tämä prosessi on hidas, mutta se on tapa, jolla typpi rakentuu ravinteeksi maaperässä sekä vesi- ja meriympäristöissä – esimerkiksi maanpäälliset kasvit voivat imeä ammoniumia ja nitraattia juurikarvojensa kautta. Nitrifikaatioon erikoistuneet eliöt ovat tärkeitä myös yhdyskuntajätevesien käsittelyssä.
Vaihe 3: Ammonifikaatio
Kaikki elävä kuolee lopulta, ja typen, jota tietty eliö käytti kuollessaan, ottavat haltuunsa bakteerit, jotka muuttavat typpirikkaan ruumiin ammoniumiksi, jonka kasvit voivat ottaa takaisin talteen ja käyttää uudelleen.
Esittely
Vaihe 4: Denitrifikaatio
Biokäytössä oleva typpi on mahdollista muuttaa uudelleen ilmakehän typeksi, ja tätä prosessia kutsutaan denitrifikaatioksi. Nitrifikaatiota suorittavat bakteerit ja arkaaiset, jotka sietävät happea – kaikki prokaryootit eivät siedä. Denitrifikaatiossa tietyt anaerobiset bakteerit, jotka eivät tarvitse happea, muuttavat nitraatin typpikaasuksi, joka nousee ilmakehään ja leikkii vaikeasti saatavaa, kunnes joku salama tai ovela typensidontabakteeri ilmestyy paikalle ja liittää sen jälleen kerran typen kiertokulkuun.