Vilka är stegen i kvävecykeln?
”Alla behöver kväve, men när det gäller icke förhandlingsbara, livsuppehållande grundämnen är det knepigt. Levande organismer behöver kväve för att deras celler ska fungera, och dessutom är vi praktiskt taget genomsyrade av ämnet eftersom vår atmosfär består till 78 procent av kvävgas. Det finns dock en hake: Det är en ”vatten, vatten överallt, men inte en droppe att dricka”-situation.
Tyvärr finns kväve i princip överallt, men det är inte särskilt rikligt förekommande i jordskorpan, och det är otroligt svårt för levande varelser att fånga upp atmosfäriskt kväve och använda det för sina syften. Det är som att ha en ficka full av isländska kronur i Minneapolis, där man inte kan spendera dem.
”Kväve är en viktig del av aminosyror, som är byggstenarna i proteiner och nukleinsyror som DNA”, säger Jessie Motes, doktorand vid Odum School of Ecology vid University of Georgia, i ett e-postmeddelande. ”Förutom att kväve behövs för proteiner i växter är det en huvudkomponent i klorofyll, vilket gör det avgörande för fotosyntesen.”
Reklam
Kvävecykeln
Då kväve är en begränsad resurs på den här planeten spenderar en kväveatom inte mycket tid på att inte göra någonting när den är i en form som levande varelser kan använda – forskarna kallar detta kväve för ”fast”. Fixerat kväve tas upp av växter, som äts av djur, som äter andra djur, som dör och bryts ner och frigör kväve tillbaka till ekosystemet för att bearbetas av bakterier eller växter. Detta är kretsloppet för en kväveatom på jorden, och dess resa börjar antingen mycket tyst eller med en enorm smäll.
Steg 1: kvävefixering
Tro det eller ej, men det är i första hand blixtar och bakterier som är ansvariga för att omvandla atmosfäriskt kväve till kväve som levande organismer kan använda. Atmosfäriskt kväve (N2) är mycket stabilt, så det krävs otroligt mycket energi för att omvandla det till en annan form. Om du någonsin har undrat varför dina utomhusväxter verkar gladare efter ett regn än när du sätter en vattenspridare på dem finns det en anledning till det: Blixten elektrifierar atmosfäriskt kväve (N2) och vatten (H2O) för att omvandla dem till ammoniak (NH3) och nitrater (NO3). Detta faller till marken som regn, där växterna slurpar upp det och använder det för sina biologiska processer.
I den andra änden av spektrumet är det vanligaste sättet att göra kväve tillgängligt för organismer när atmosfäriskt kväve fixeras av bakterier, varav en del lever fritt i marken och andra har ett symbiotiskt förhållande med vissa växtarter. Baljväxter som ärter, klöver och jordnötter har små knölar på sina rötter som lockar till sig bakterier som omvandlar det envisa atmosfäriska kvävet till ammoniak eller ammonium, som sedan kan användas för att driva växten.
Steg 2: Nitrifikation
Ammoniak i jorden kan användas direkt av växterna, men det är också det första steget i nitrifikationsprocessen, genom vilken specialiserade bakterier och arkéer omvandlar ammoniak till nitrit (NO2) och sedan vidarebefordrar det till en helt annan uppsättning prokaryoter som ytterligare oxiderar nitriten till nitrat (NO3-). Denna process är långsam, men det är så kväve byggs upp som näringsämne i marken och i vatten- och havsmiljöer – marklevande växter kan till exempel ta upp ammonium och nitrat genom sina rothår. De organismer som specialiserar sig på nitrifikation är också viktiga vid rening av kommunalt avloppsvatten.
Steg 3: Ammonifiering
Allt levande dör så småningom, och det kväve som en viss organism använde när den kvävdes tas om hand av bakterier som förvandlar det kväverika liket till ammonium, som kan tas upp av växter och användas igen.
Vänlighet
Steg 4: Denitrifikation
Det är möjligt att omvandla biotillgängligt kväve till atmosfäriskt kväve igen, och den processen kallas denitrifikation. Nitrifikation utförs av bakterier och arkéer som kan tolerera syre – inte alla prokaryoter kan göra det. Vid denitrifikation omvandlar vissa anaeroba bakterier som inte behöver syre nitrat till kvävgas, som flyter upp i atmosfären och spelar svårfångad tills någon blixt eller en listig kvävefixeringsbakterie kommer förbi och drar in det i kvävecykeln igen.