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Contenido principal

El ciclo del nitrógeno

El papel fundamental de los microorganismos en la fijación del nitrógeno. Cómo el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados puede provocar la proliferación de algas.

Puntos más importantes

  • El nitrógeno es un componente esencial de los cuerpos de los seres vivos. Los átomos de nitrógeno se encuentran en todas las proteínas y en el start text, A, D, N, end text.
  • El nitrógeno existe en la atmósfera como start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript gaseoso. Durante la fijación del nitrógeno, las bacterias convierten el start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript en amoníaco, una forma de nitrógeno que puede ser utilizada por las plantas. Cuando los animales comen plantas, adquieren compuestos nitrogenados que pueden utilizar.
  • El nitrógeno es un nutriente limitante común en la naturaleza y la agricultura. Un nutriente limitante es aquel que está disponible en una cantidad mínima y por lo tanto limita el crecimiento.
  • Cuando los fertilizantes que contienen nitrógeno y fósforo llegan a los ríos y lagos, pueden provocar florecimientos de algas, proceso conocido como eutrofización.

Introducción

¡El nitrógeno está en todas partes! De hecho el start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript gaseoso compone alrededor del 78% del volumen de la atmósfera de la Tierra, lo que sobrepasa con mucho al start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript que consideramos "aire"start superscript, 1, end superscript.
Pero tener nitrógeno a nuestro alrededor y ser capaz de aprovecharlo son dos cosas muy distintas. Tu cuerpo, y el de las plantas y animales, no tienen la capacidad de convertir el start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript a una forma utilizable. Nosotros los animales, y nuestras amigas las plantas, no tenemos las enzimas para capturar o fijar el nitrógeno atmosférico.
Aun así, tu start text, A, D, N, end text y tus proteínas tienen una buena cantidad de nitrógeno. ¿De dónde viene ese nitrógeno? En el mundo natural ¡proviene de las bacterias!

Las bacterias juegan un papel fundamental en el ciclo del nitrógeno.

El nitrógeno ingresa al mundo de lo vivo por medio de las bacterias y otros procariontes unicelulares que convierten el nitrógeno atmosférico, start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript, en formas biológicamente utilizables mediante un proceso llamado fijación del nitrógeno. Algunas especies de bacterias fijadoras de nitrógeno viven libremente en el suelo o el agua, mientras que otras son simbiontes benéficos que viven dentro de las plantas.
Los microorganismos fijadores de nitrógeno capturan el nitrógeno atmosférico al convertirlo en amoníaco, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, el cual puede ser absorbido y utilizado por las plantas para producir moléculas orgánicas. Las moléculas nitrogenadas pasan a los animales cuando estos consumen plantas, y una vez dentro del cuerpo, pueden ser incorporadas al mismo o pueden ser degradadas y excretadas como desecho, como la urea de la orina.
Los procariontes cumplen varias funciones en el ciclo del nitrógeno. Las bacterias fijadoras de nitrógeno que se encuentran en el suelo y dentro de los nódulos radicales de algunas plantas convierten el nitrógeno gaseoso de la atmósfera en amoníaco. Las bacterias nitrificantes convierten el amoníaco en nitratos o nitritos. El amoníaco, los nitratos y los nitritos son formas de nitrógeno fijo que las plantas pueden absorber. Las bacterias desnitrificantes convierten los nitratos en nitrógeno gaseoso.
Crédito de imagen: modificado de Nitrogen cycle (Ciclo del nitrógeno) de Johann Dréo (CC BY-SA 3.0); la imagen modificada está registrada bajo una licencia CC BY-SA 3.0
El nitrógeno no permanece por siempre en los cuerpos de los seres vivos, por el contrario, las bacterias lo convierten de nitrógeno orgánico a start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript gaseoso. Este proceso a menudo implica varios pasos en los ecosistemas terrestres. Las bacterias convierten los compuestos nitrogenados de los organismos muertos o sus desechos, en amoníaco—start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript—, el cual es convertido después en nitratos y nitritos. Finalmente, los procariontes desnitrificantes convierten los nitratos en start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript gaseoso.

El ciclo del nitrógeno en los ecosistemas marinos

Hasta ahora, nos hemos enfocado en cómo ocurre el ciclo natural del nitrógeno en los ecosistemas terrestres. Sin embargo, los pasos son similares en el ciclo del nitrógeno marino; ahí, los procesos de amonificación, nitrificación y desnitrificación son realizados por bacterias y arqueas marinas.
La ilustración muestra el ciclo del nitrógeno. Las bacterias fijadoras de nitrógeno fijan el nitrógeno gaseoso de la atmósfera en nitrógeno orgánico, el cual entra a las redes tróficas terrestres y sale de ellas en forma de desechos nitrogenados que van al suelo. Las bacterias y los hongos del suelo llevan a cabo la amonificación de estos desechos, y convierten el nitrógeno orgánico en iones de amonio, NH4+. Las bacterias nitrificantes transforman el amonio en nitrito, NO2-, y luego en nitrato, NO3-. Las bacterias desnitrificantes convierten el nitrato de nuevo a nitrógeno gaseoso, que regresa a la atmósfera. El nitrógeno de los escurrimientos y fertilizantes llega al océano, donde entra en las redes tróficas marinas. Parte del nitrógeno orgánico cae al fondo oceánico en forma de sedimento. Otra parte de este es convertido en iones nitrito y nitrato, los cuales se transforman nuevamente en nitrógeno gaseoso en un proceso análogo al que ocurre en la tierra.
Crédito de imagen: Ciclos biogeoquímicos: Figura 4 por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Modificación de la obra de John M. Evans y Howard Perlman, USGS
Algunos compuestos nitrogenados caen al suelo oceánico en forma de sedimento. A lo largo de periodos de tiempo prolongados, los sedimentos son comprimidos hasta formar rocas sedimentarias. Finalmente, el levantamiento geológico puede mover las rocas sedimentarias de nuevo a la tierra. En el pasado, los científicos no creían que estas rocas sedimentarias ricas en nitrógeno eran una fuente importante de nitrógeno para los ecosistemas terrestres. Sin embargo, un nuevo estudio sugiere que pueden ser bastante importantes, ya que el nitrógeno se libera gradualmente a medida que las rocas se desgastan, o meteorizan, quedando disponible para las plantas.

El nitrógeno es un nutriente limitante

En los ecosistemas naturales, muchos procesos, como la producción primaria y la descomposición, están limitados por la cantidad disponible de nitrógeno. En otras palabras, el nitrógeno a menudo es el nutriente limitante, el nutriente que se encuentra en menor cantidad y que por lo tanto restringe el crecimiento de los organismos o las poblaciones.
¿Cómo sabemos si un nutriente es limitante? A menudo, esto se comprueba de la siguiente manera:cubed
  • Cuando un nutriente es limitante, añadir más aumentará el crecimiento, esto es, hará que las plantas crezcan más altas que si no se hubiera añadido nada.
  • Si se añade un nutriente no limitante, no habrá ningún efecto, es decir, las plantas crecerán a la misma altura tanto si el nutriente está presente como si no.
Por ejemplo, si se añade nitrógeno a la mitad de las plantas de frijol en una huerta y se observa que crecieron más altas que las plantas sin tratamiento, eso sugeriría que el nitrógeno es limitante. Si en cambio, no vemos una diferencia en el crecimiento durante nuestro experimento, eso sugeriría que otro nutirente distinto del nitrógeno es el limitante.
El nitrógeno y el fósforo son los dos nutrientes limitantes más comunes tanto en los ecosistemas naturales como en la agricultura. Esta es la razón por la que verás que la etiqueta de la bolsa del fertilizante dice que contiene un montón de nitrógeno y fósforo.

La actividad humana afecta el ciclo del nitrógeno.

Nosotros los humanos no podemos fijar el nitrógeno biológicamente, ¡pero vaya que lo fijamos de manera industrial! Se producen alrededor de 450 millones de toneladas métricas de nitrógeno fijo cada año mediante un método químico llamado proceso de Haber-Bosch, en el que se hace reaccionar el start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript con hidrógeno —start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript— a altas temperaturas.start superscript, 4, end superscript La mayor parte de este nitrógeno fijo se usa para producir fertilizantes que utilizamos en nuestros huertos, jardines y cultivos agrícolas.
En general, la actividad humana libera nitrógeno al ambiente por dos medios principales: la quema de combustible fósiles y el uso de fertilizantes nitrogenados en la agricultura. Ambos procesos aumentan los niveles de compuestos nitrogenados en la atmósfera. Los altos niveles de nitrógeno atmosférico, diferentes al start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript, se asocian con efectos perjudiciales, como la producción de lluvia ácida (en forma de ácido nítrico, start text, H, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript) y contribuyen al efecto invernadero, en forma de óxido nitroso, start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text.
Además, cuando se usan los fertilizantes artificiales que contienen nitrógeno y fósforo en la agricultura, el fertilizante excedente puede llegar a los ríos, lagos y arroyos mediante escurrimiento superficial. Uno de los efectos principales del escurrimiento de fertilizantes es la eutrofización del agua dulce y salada. En este proceso, el escurrimiento de nutrientes produce una proliferación excesiva, o "florecimiento", de algas u otros microorganismos, cuyo crecimiento estaba limitado por la disponibilidad del nitrógeno o el fósforo.
La eutrofización puede reducir la disponibilidad de oxígeno en el agua durante la noche porque las algas y los microorganismos que se alimentan de ellas usan grandes cantidades de oxígeno en la respiración celular. Esto puede provocar la muerte de otros organismos que habiten en los ecosistemas afectados, como los peces y camarones, y resulta en la formación de áreas con poco oxígeno y sin especies, conocidas como zonas muertasstart superscript, 5, end superscript.

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  • Avatar blobby green style para el usuario sorayde mayta
    ¿cual es el impacto de los Cultivos fijadores de nitrógeno?
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    • Avatar blobby green style para el usuario Mayita.
      Los cultivos fijadores de nitrógeno: tienen a las bacterias fijadoras de nitrógeno en las raíces, cosa que fertiliza el suelo sin ningún coste medioambiental. por otro lado, la utilización de productos fertilizantes con nutrientes limitantes como lo son el nitrógeno y el fosforo, altera la estabilidad del micro ecosistema y su proporción equilibrada de nutrientes, por lo tanto, este desequilibrio produce un escurrimiento superficial de los nutrientes excedentes que puede llegar a fuentes de agua y causar una eutrofización, una eutrofización es la proliferación de micro organismos y algas que crecen de manera desproporcionada por la cantidad exagerada nutrientes limitantes en el ecosistema. La consecuencia es la formación de áreas con poco oxigeno y sin especies, conocidas como zonas muertas.
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  • Avatar piceratops seed style para el usuario paola peña
    cuales son las bacterias que transforman el nitrógeno en amonio
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  • Avatar blobby green style para el usuario   Avalos Valentin Nicolle
    ¿en que se diferencian las bacterias fijadoras y las bacterias nitrificantes?
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    • Avatar blobby green style para el usuario Mayita.
      Las bacteria fijadoras convierten al nitrogeno de la atmosfera en amonio, para poder fijarlo al suelo de esta forma, por el contrario,las bacterias nitrificantes convierten el amoniaco o amonio en nitritos y luego en nitratos, que alimentan a las plantas.
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  • Avatar blobby green style para el usuario oscarmonsa15
    que organimos productores son indispensables en el ciclo de nitrogeno
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    • Avatar blobby green style para el usuario Mayita.
      Las bacterias, son las únicas que tienen la habilidad de capturar y aprovechar el nitrógeno de la atmosfera, tienen encimas claves para para el ciclo del nitrógeno. Son las que fijan el nitrógeno a la litósfera, convirtiéndolo en amonio, y posteriormente en nitratos, que alimentan a las plantas y hacen posible nuestra supervivencia y la presencia del nitrógeno en los seres vivos, gracias a la cadena alimenticia, ya que las bacterias convirtieron los nitratos que nutrieron a las plantas en nitrógeno que luego es ingerido por los herbívoros y así sucesivamente. Las bacterias desnitrificantes expulsan los nitratos no usados por las plantas de nuevo a la atmosfera en forma de nitrógeno gaseoso.

      La bacterias son definitivamente indispensables en el ciclo del nitrógeno.
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  • Avatar blobby green style para el usuario Mayita.
    Tengo una pregunta ¿De que se alimentan las bacterias fajadoras de nitrógeno?
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  • Avatar blobby green style para el usuario renealvaradomachado
    que tipo (nombre) de bacterias son las fijadoras y que tipo (nombres) de las nitrificantes
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  • Avatar blobby green style para el usuario duarteluiscarlos30
    Los fertilizantes de fósforo y nitrógeno no pueden ayudar al florecimiento e zonas desérticas.
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  • Avatar duskpin seed style para el usuario cristian Guerra
    en que año se creo este proyecto
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