Quali sono i passi del ciclo dell’azoto?
“Tutti hanno bisogno di azoto, ma per quanto riguarda gli elementi non negoziabili che sostengono la vita, è difficile. Gli esseri viventi hanno bisogno di azoto per far funzionare le loro cellule e, inoltre, noi siamo praticamente immersi in questa sostanza, dato che la nostra atmosfera è composta per il 78% da azoto gassoso. Tuttavia, c’è una fregatura: È una situazione da “acqua, acqua ovunque, ma non una goccia da bere”.
Anche se l’azoto è in agguato praticamente ovunque, non è terribilmente abbondante nella crosta terrestre, ed è incredibilmente difficile per gli esseri viventi catturare l’azoto atmosferico e usarlo per i loro scopi. È come avere una tasca piena di krónur islandese a Minneapolis, dove non si può spendere.
“L’azoto è una parte importante degli aminoacidi, che sono i mattoni delle proteine e degli acidi nucleici come il DNA”, dice Jessie Motes, un candidato al dottorato nella Odum School of Ecology dell’Università della Georgia, in una e-mail. “Oltre ad aver bisogno di azoto per le proteine nelle piante, è un componente principale della clorofilla, che lo rende cruciale per la fotosintesi.”
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Il ciclo dell’azoto
Siccome l’azoto è una risorsa limitata su questo pianeta, un atomo di azoto non passa molto tempo a fare niente quando è in una forma che gli esseri viventi possono usare – gli scienziati chiamano questo azoto “fisso”. L’azoto fisso viene assorbito dalle piante, che vengono mangiate dagli animali, che mangiano altri animali, che muoiono e si decompongono e rilasciano di nuovo azoto nell’ecosistema per essere lavorati da batteri o piante. Questo è il ciclo di un atomo di azoto sulla Terra, e il suo viaggio inizia o molto tranquillamente o con un enorme botto.
Fase 1: Fissazione dell’azoto
Credeteci o no, i fulmini e i batteri sono i principali responsabili della trasformazione dell’azoto atmosferico in azoto utilizzabile dagli esseri viventi. L’azoto atmosferico (N2) è molto stabile, quindi ci vuole una quantità incredibile di energia per convertirlo in una forma diversa. Se ti sei mai chiesto perché le tue piante all’aperto sembrano più felici dopo una pioggia rispetto a quando si usa un irrigatore, c’è una ragione per questo: Il fulmine elettrizza l’azoto atmosferico (N2) e l’acqua (H2O) per riconfigurarli in ammoniaca (NH3) e nitrati (NO3). Questo cade a terra come pioggia, dove le piante lo assorbono e lo usano per i loro processi biologici.
Dall’altra parte dello spettro, il modo più comune in cui l’azoto è reso disponibile agli organismi è quando l’azoto atmosferico è fissato da batteri, alcuni dei quali vivono liberi nel suolo e altri che godono di una relazione simbiotica con alcune specie di piante. I legumi come i piselli, il trifoglio e le arachidi hanno piccoli noduli sulle loro radici che attirano i batteri che convertono l’azoto atmosferico ostinato in ammoniaca o ammonio, che può essere utilizzato per alimentare la pianta.
Step 2: Nitrificazione
L’ammoniaca nel suolo può essere usata direttamente dalle piante, ma è anche il primo passo nel processo di nitrificazione, attraverso il quale batteri e archei specializzati convertono l’ammoniaca in nitrito (NO2), e poi la passano a una serie completamente diversa di procarioti che ossidano ulteriormente il nitrito in nitrato (NO3-). Questo processo è lento, ma è il modo in cui l’azoto è costruito come nutriente nel suolo e negli ambienti acquatici e marini – le piante terrestri, per esempio, possono assorbire ammonio e nitrato attraverso i loro peli radicali. Gli organismi specializzati nella nitrificazione sono anche importanti nel trattamento delle acque reflue municipali.
Step 3: Ammonificazione
Tutto ciò che vive alla fine muore, e l’azoto che un particolare organismo stava usando quando è schiattato viene preso in mano da batteri che trasformano il corpo ricco di azoto in ammonio, che può essere ripreso dalle piante e usato di nuovo.
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Step 4: Denitrificazione
È possibile convertire nuovamente l’azoto biodisponibile in azoto atmosferico, e questo processo è chiamato denitrificazione. La nitrificazione è eseguita da batteri e archei che possono tollerare l’ossigeno – non tutti i procarioti possono. Nel caso della denitrificazione, alcuni batteri anaerobici che non hanno bisogno di ossigeno convertono il nitrato in azoto gassoso, che galleggia nell’atmosfera e gioca a fare il duro finché non arriva un fulmine o un astuto batterio fissatore dell’azoto e lo inserisce nuovamente nel ciclo dell’azoto.