Cicles biogeoquímics

Us passe la informació trobada al blog  biolulia 

El flux d’energia en els ecosistemes és unidireccional. Va des dels organismes productors fins als consumidors primaris i secundaris i descomponedores. De tota l’energia que entra en un nivell, només una petita part podrà ser aprofitada pels éssers del següent nivell ja que en cadascun s’aprofita l’energia entrant en el manteniment de les pròpies estructures i funcions i es dissipa en forma de calor. Les restes no assimilades i cadàvers són aprofitats per descomponedores i l’energia es perd de nou en forma de calor. L’energia mai pot reciclar-se. 

Matèria

Els materials que constitueixen els éssers vius si es reciclen. La seva quantitat total en el nostre planeta roman constant. Un àtom de carboni que avui forma part del carbonat càlcic d’una calcària, pot passar a l’atmosfera en forma de diòxid de carboni per un fenòmen de descarbonatació, d’aquí, pot ser fixat i transformat en glucosa per un vegetal, que al ser consumit proporcionarà aquesta matèria orgànica a un herbívor, que pot degradar aquesta glucosa per respiració fins a diòxid de carboni que passi de nou a l’atmosfera.

Un mateix àtom pot, al llarg del temps, formar part de l’atmosfera, biosfera, geosfera, hidrofera. D’aquí el nom de cicle, pel reciclatge i la no unidireccionalidad, i biogeoquímic perquè un mateix àtom pot formar part de diferents sistemes. Per la seva importància per a la vida, els més rellevants són els cicles del carboni, nitrogen, sofre i fòsfor. Aquests elements passen dels éssers vius als diferents compartiments del planeta (sòl, aigua, aire), i d’allí de nou als éssers vius. En aquest pas, tenen especial importància els microorganismes, alguns per la seva funció descomponedora i mineralizadora.

 Cicle del Carboni

El carboni és fonamental per als éssers vius doncs forma part de totes les biomolècules orgàniques.

1. Els productors fixen el carboni inorgànic en forma de CO2 formant molècules orgàniques.
2. L’assimilació del CO2 és majoritàriament fotosintética amb alliberament d’O2 com producte de rebuig.
   1. Les plantes terrestres realitzen aproximadament el 50% de la Fotosíntesi
   2. En les aigües les algues i cianobacterias fixen l’altre 50%
   3. La fotosíntesi anoxigénica és molt menys important en el planeta actual
   4. La contribució dels quimiolitotrofos també és escassa
3. Els heterótrofos consumidors i descomponedores alliberen CO2 en el seu catabolisme per a obtenir energia.
   1. Especialment important és la respiració aerobia que consumeix generalment O2 .
   2. També s’allibera CO2 en algunes fermentacions anaeròbies
   3. La major part de l’alliberament de CO2 la realitzen els descomponedores bacteris i fongs
   4. El 90% de la producció de CO2 a nivell de la biosfera és d’origen microbià
4. Part de la matèria orgànica pot, en determinades circumstàncies, no oxidarse quedar segrestada en sediments (formant sediments bituminosos, carbó, petroli i gas natural). Aquest carboni torna al cicle quan entren en contacte amb la superfície.
5. Una petita part del carboni es troba en l’atmosfera en forma de metà CH4 . Ho produïxen els bacteris metanógenas anaeròbies que viuen en els pantans i en l’intestí d’alguns herbívors, les plantes i les emanacions de gas natural. El metà s’oxida a CO2, però el temps que romàn a l’atmosfera actua com un potent gas hivernacle.
6. Molts organismes poden prendre C en forma de CaCO3 per a formar els seus esquelets
7. Les majors reserves de carboni del planeta es troben en forma de carbonats en les roques terrestres. Part són d’origen biològic i part per precipitació química
8. El cicle del carboni té una importància fonamental en el clima global de la Terra. Els carbonats i la tectònica de plaques actuen com un termostat que ha permès a la Terra mantenir la seva temperatura a pesar de l’augment de la radiació solar:
   1. En períodes d’alta temperatura augmenten les precipitacions, l’erosió i la meteorització segrestant el CO2 atmosfèric en sediments carbonatats i fent descendir la temperatura per ser el CO2 un gas hivernacle.
   2. En períodes més freds disminuïx la reacció del CO2 amb els sediments
9. La tectònica de plaques fa descendir els carbonats en l’escorça terrestre. AL ser escalfats es descomponen i el CO2 torna a l’atmosfera en emanacions volcàniques.

Animació del ciclo del carboni

Cicle del Nitrogen

El nitrogen és un element necessari en grans quantitats per als éssers vius doncs forma molècules imprescindibles per a les formes de vida com aminoàcids que formen les preoteínas, bases nitrogenades en els nucleòtids i moltes altres substàncies derivades.

1. L’única font de Nitrogen assimilable per les plantes i la majoria dels microorganismes productors és el nitrat (NO3-) i, en menor mesura l’amoniac (NH3). 
2. Els organismes autótrofos ho reduïxen i incorporen el N a la matèria orgànica principalment en aminoàcids que formen les proteïnes 
3. Els organismes consumidors mantenen la major part del nitrogen. Excreten part en forma de amoniac, urea, àcid úric, etc 
4. L’amoniac passa a NO2- i NO3- pel metabolisme dels Bacteris Nitrificants; Són quimiolitotrofas aerobias obligades. 
5. En ambients anaerobis actuen els Bacteris Desnitrificants. Són respiradores anaeròbies que prenen com acceptor d’H composts de nitrogen i converteixen NO3- en NO2- i aquest en N2. 
6. El nitrogen atmosfèric (N2) és un gas molt estable i poc reactiu. 
1. Pot passar al cicle del N per un mecanisme abiótico que ocorre durant les tempestes: les descàrregues elèctriques poden oxidarlo a NOx i aquests òxids reaccionar amb l’aigua donant NO3- i ser arrossegat amb la pluja cap al sòl. 
2. També produeixen NOx els processos de combustió d’origen humà. 
3. Més important és la incorporació al cicle pels Bacteris fixadors de Nitrogen. Poden ser autòtrofes com algunes cianobacteries o heteròtrofes. Algunes són simbionts de determinades plantes (Rhizobium, Azotobacter o Frankia en nòduls radicals de lleguminosas) Prenen N2 i ho transformen inicialment en NH3 que fixen als seus compostos orgànics. El procés suposa una despesa energètica important. Aquests bacteris són molt importants doncs compensa les pèrdues de N dels bacteris desnitrificants. Molts organismes realitzen simbiosis amb aquests bacteris o cianobateris. Poden arribar a fixar de 6 a 100 Kg de N per Ha i any.

Animació del cicle del nitrogen