窒素循環のステップとは？
誰もが窒素を必要としていますが、譲れない、生命維持のための要素としては、厄介な存在です。 生物は細胞が機能するために窒素を必要とし、さらに、私たちの大気は 78% の窒素ガスでできているため、事実上窒素に浸かっているようなものです。 しかし、そこには落とし穴がある。
窒素は基本的にどこにでも潜んでいますが、地殻にはそれほど多く含まれておらず、生物が大気中の窒素を捕獲して目的のために利用することは非常に困難です。 これは、ミネアポリスにアイスランドのクローヌルをポケット一杯持っていて、それを使うことができないようなものです。
ジョージア大学オダム生態学部の博士候補、ジェシー・モーツは電子メールで、「窒素は、タンパク質やDNAなどの核酸の構成単位であるアミノ酸の主要部分です」と述べています。 「植物のタンパク質に窒素が必要なことに加え、クロロフィルの主成分であるため、光合成に不可欠です」
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The Nitrogen Cycle
この惑星では窒素は限られた資源なので、窒素原子は生物が使える形になると何もしないで過ごすことはあまりありません – 科学者はこの窒素を「固定」すると呼んでいます。 固定された窒素は植物に取り込まれ、動物に食べられ、動物が他の動物を食べ、動物が死んで分解され、バクテリアや植物に働かせるために窒素を再び生態系に放出するのです。 これは、地球上の窒素原子のサイクルであり、その旅は非常に静かに、あるいは大きな音を立てて始まります。
Step 1: Nitrogen Fixation
信じられないかもしれませんが、雷とバクテリアは、大気中の窒素を生物が使用できる窒素に変える主な役割を果たします。 大気中の窒素（N2）は非常に安定しているため、別の形に変えるには膨大なエネルギーが必要です。 屋外の植物が、スプリンクラーで水を撒いたときよりも雨上がりの方が喜んでいるように見えるのはなぜでしょう？ 雷が大気中の窒素（N2）と水（H2O）を電気分解し、アンモニア（NH3）と硝酸塩（NO3）に変化させるのです。
一方、窒素が生物に利用可能になる最も一般的な方法は、大気中の窒素がバクテリアによって固定される場合です。バクテリアの一部は土壌に自由に生息し、他の一部は特定の植物種と共生関係を楽しみます。 エンドウ豆、クローバー、ピーナッツなどのマメ科植物の根には小さな根粒があり、この根粒がバクテリアを引き寄せ、頑固な大気中の窒素をアンモニアやアンモニウムに変換し、植物の動力源として利用することができるのです。
ステップ 2: 硝化
土壌中のアンモニアは植物が直接使用できますが、それは硝化のプロセスの最初のステップでもあります。 このプロセスは時間がかかるが、土壌や水生・海洋環境において窒素が栄養素として構築される方法である。例えば、陸上植物は根毛からアンモニウムと硝酸塩を吸収することができる。 硝化を専門とする生物は、自治体の廃水処理においても重要です。
ステップ 3: アンモニウム化
あらゆる生物はいずれ死にますが、特定の生物が死んだときに使っていた窒素は、バクテリアによって手に入れられ、窒素を多く含む死体をアンモニウムに変え、植物がそれを拾って再び使用できるようにするのです。
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ステップ4：脱窒
生物学的に利用可能な窒素を再び大気中の窒素に変換することが可能で、そのプロセスは脱窒と呼ばれています。 脱窒は、酸素を許容できる細菌や古細菌によって行われます。すべての原核生物が許容できるわけではありません。 脱窒の場合、酸素を必要としないある種の嫌気性細菌が硝酸塩を窒素ガスに変換し、それが大気中に浮遊して、雷や巧妙な窒素固定細菌がやってきて再び窒素循環に巻き込まれるまで、なかなか手に入らないのです」