Melyek a nitrogénciklus lépései?
“A nitrogénre mindenkinek szüksége van, de ami a nem tárgyalható, életfenntartó elemeket illeti, ez trükkös. Az élőlényeknek nitrogénre van szükségük a sejtjeik működéséhez, ráadásul mi gyakorlatilag át vagyunk itatva vele, hiszen légkörünk 78 százalékban nitrogéngázból áll. Van azonban egy bökkenő: Ez egy “víz, víz mindenütt, de egy cseppet sem lehet inni” helyzet.
Noha a nitrogén alapvetően mindenhol ott lapul, a földkéregben nincs túl sok belőle, és az élőlények számára hihetetlenül nehéz a légköri nitrogént befogni és saját céljaikra felhasználni. Olyan ez, mintha Minneapolisban lenne egy rakás izlandi krónur a zsebedben, amit nem tudsz elkölteni.
“A nitrogén az aminosavak fontos része, amelyek a fehérjék és a nukleinsavak, például a DNS építőkövei” – írja Jessie Motes, a Georgia Egyetem Odum School of Ecology doktorjelöltje e-mailben. “Amellett, hogy a növényeknek nitrogénre van szükségük a fehérjékhez, a nitrogén a klorofill egyik fő alkotóeleme, ami létfontosságúvá teszi a fotoszintézishez.”
Hirdetés
A nitrogénciklus
Mivel a nitrogén korlátozott erőforrás ezen a bolygón, a nitrogénatom nem tölt sok időt semmittevéssel, ha olyan formában van, amelyet az élőlények felhasználhatnak – a tudósok ezt a nitrogént “rögzítettnek” nevezik. A kötött nitrogént a növények veszik fel, amelyeket az állatok megesznek, amelyek megesznek más állatokat, amelyek elpusztulnak és lebomlanak, és nitrogént bocsátanak vissza az ökoszisztémába, hogy azt baktériumok vagy növények dolgozzák fel. Ez a nitrogénatom körforgása a Földön, és az útja vagy nagyon csendesen, vagy hatalmas robajjal kezdődik.
1. lépés: Nitrogénmegkötés
Hiszik vagy sem, a villámok és a baktériumok felelősek elsősorban azért, hogy a légköri nitrogénből az élőlények által felhasználható nitrogén legyen. A légköri nitrogén (N2) nagyon stabil, ezért hihetetlenül sok energiára van szükség ahhoz, hogy más formába kerüljön. Ha valaha is elgondolkodott azon, hogy miért tűnnek vidámabbnak a kültéri növényei eső után, mint amikor locsolót kapcsol rájuk, ennek oka van: A villám elektromossá teszi a légköri nitrogént (N2) és a vizet (H2O), hogy ammóniává (NH3) és nitráttá (NO3) alakítsa át őket. Ez eső formájában a talajra hull, ahol a növények felszippantják és felhasználják biológiai folyamataikhoz.
A spektrum másik végén a nitrogén leggyakrabban úgy válik elérhetővé a szervezetek számára, hogy a légköri nitrogént baktériumok kötik meg, amelyek közül egyesek szabadon élnek a talajban, mások pedig szimbiózisban élnek bizonyos növényfajokkal. A hüvelyesek, például a borsó, a lóhere és a földimogyoró gyökereinek kis gócai vonzzák a baktériumokat, amelyek a makacs légköri nitrogént ammóniává vagy ammóniummá alakítják, amely aztán a növény energiaellátására használható.
2. lépés: Nitrifikáció
A talajban lévő ammóniát a növények közvetlenül felhasználhatják, de ez az első lépés a nitrifikáció folyamatában is, amelynek során speciális baktériumok és archeák az ammóniát nitritté (NO2) alakítják, majd továbbadják egy teljesen más prokarióta csoportnak, amely a nitritet tovább oxidálja nitráttá (NO3-). Ez a folyamat lassú, de a nitrogén mint tápanyag így épül fel a talajban, valamint a vízi és tengeri környezetben – a szárazföldi növények például gyökérszőrzetükön keresztül képesek ammóniumot és nitrátot felvenni. A nitrifikációra specializálódott szervezetek a kommunális szennyvíz tisztításában is fontosak.
3. lépés: Ammóniumképződés
Minden élő szervezet végül elpusztul, és a nitrogént, amelyet egy adott szervezet elpusztulásakor felhasznált, baktériumok veszik kézbe, amelyek a nitrogénben gazdag tetemet ammóniává alakítják, amelyet a növények újra felvehetnek és felhasználhatnak.
Hirdetés
4. lépés: Denitrifikáció
A biológiailag hozzáférhető nitrogént újra légköri nitrogénné alakíthatjuk, és ezt a folyamatot denitrifikációnak nevezzük. A nitrifikációt az oxigéntűrő baktériumok és archeák végzik – nem minden prokarióta képes erre. A denitrifikáció esetében bizonyos anaerob baktériumok, amelyeknek nincs szükségük oxigénre, a nitrátot nitrogéngázzá alakítják, amely felszáll a légkörbe, és addig játszik, amíg egy villámcsapás vagy egy ravasz nitrogénkötő baktérium meg nem jelenik, és be nem köti azt ismét a nitrogénciklusba.