Hvad er trinene i kvælstofkredsløbet?
“Alle har brug for kvælstof, men hvad angår ikke-negotiable, livsopretholdende grundstoffer, er det svært. Levende ting har brug for kvælstof, for at deres celler kan fungere, og desuden er vi nærmest gennemvædet af stoffet, da vores atmosfære består af 78 procent kvælstofgas. Der er dog en hage ved det: Det er en “vand, vand overalt, men ikke en dråbe at drikke”-situation.
Selv om kvælstoffet lurer stort set overalt, er det ikke særlig rigeligt i jordskorpen, og det er utroligt svært for levende væsener at opsamle atmosfærisk kvælstof og bruge det til deres formål. Det er som at have en lomme fuld af islandske kronur i Minneapolis, som man ikke kan bruge.
“Kvælstof er en vigtig del af aminosyrer, som er byggestenene i proteiner og nukleinsyrer som f.eks. DNA,” siger Jessie Motes, der er ph.d.-studerende på Odum School of Ecology ved University of Georgia, i en e-mail. “Ud over at have brug for kvælstof til proteiner i planter er det en hovedbestanddel af klorofyl, hvilket gør det afgørende for fotosyntesen.”
Anvisning
Stikstofkredsløbet
Da kvælstof er en begrænset ressource på denne planet, bruger et kvælstofatom ikke meget tid på at gøre ingenting, når det er i en form, som levende væsener kan bruge – forskere kalder dette kvælstof “fikseret”. Fikseret kvælstof optages af planter, som bliver spist af dyr, der spiser andre dyr, som dør og nedbrydes og frigiver kvælstof tilbage til økosystemet, så det kan bearbejdes af bakterier eller planter. Dette er et kvælstofatoms cyklus på Jorden, og dets rejse starter enten meget stille eller med et enormt brag.
Trin 1: Kvælstoffiksering
Getro det eller ej, men lyn og bakterier er primært ansvarlige for at omdanne atmosfærisk kvælstof til kvælstof, som levende væsener kan bruge. Atmosfærisk kvælstof (N2) er meget stabilt, så det kræver utrolig meget energi at omdanne det til en anden form. Hvis du nogensinde har undret dig over, hvorfor dine udendørs planter virker gladere efter en regnbyge, end de gør, når du sætter en sprinkler på dem, er der en grund til det: Lynet elektrificerer atmosfærisk kvælstof (N2) og vand (H2O) for at omdanne dem til ammoniak (NH3) og nitrat (NO3). Dette falder ned på jorden som regn, hvor planterne slæber det op og bruger det til deres biologiske processer.
I den anden ende af spektret er den mest almindelige måde, hvorpå kvælstof gøres tilgængeligt for organismer, når atmosfærisk kvælstof bindes af bakterier, hvoraf nogle lever frit i jorden, og andre indgår i et symbiotisk forhold med visse plantearter. Bælgplanter som ærter, kløver og jordnødder har små knuder på deres rødder, som tiltrækker bakterier, der omdanner genstridigt atmosfærisk kvælstof til ammoniak eller ammonium, som derefter kan bruges til at drive planten.
Trin 2: Nitrifikation
Ammoniak i jorden kan bruges direkte af planter, men det er også det første trin i nitrifikationsprocessen, hvor specialiserede bakterier og arkæaer omdanner ammoniak til nitrit (NO2) og derefter sender det videre til et helt andet sæt prokaryoter, der yderligere oxiderer nitriten til nitrat (NO3-). Denne proces er langsom, men det er den måde, hvorpå kvælstof opbygges som et næringsstof i jorden og i vand- og havmiljøer – landplanter kan f.eks. optage ammonium og nitrat gennem deres rodhår. De organismer, der er specialiseret i nitrifikation, er også vigtige i behandlingen af kommunalt spildevand.
Trin 3: Ammonificering
Alt levende dør til sidst, og det kvælstof, som en bestemt organisme brugte, da den døde, bliver taget til sig af bakterier, der omdanner det kvælstofrige lig til ammonium, som kan opsamles af planter og bruges igen.
Vejledning
Strin 4: Denitrifikation
Det er muligt at omdanne biotilgængeligt kvælstof til atmosfærisk kvælstof igen, og den proces kaldes denitrifikation. Nitrifikation udføres af bakterier og archaea, der kan tåle ilt – det er ikke alle prokaryoter, der kan det. I tilfælde af denitrifikation omdanner visse anaerobe bakterier, der ikke har brug for ilt, nitrat til kvælstofgas, som flyder op i atmosfæren og spiller hårdfør, indtil et lynnedslag eller en snedig kvælstoffikserende bakterie kommer forbi og snor det ind i kvælstofkredsløbet igen.