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La comunidad biótica incluye todos los organismos vivos. Esta comunidad puede servir como un fondo de recambio (a pesar de que algunos compuestos como el carbono, forman parte de los árboles de Sequoia por cientos de años, lo cual parece más un reservorio), y también sirven para mover elementos químicos de un estado del ciclo a otro. Por ejemplo, los árboles toman el agua del suelo y la evaporan a la atmósfera. La energía para la mayoría de las trasformaciones de los compuestos químicos es provista tanto por el sol como por el calor liberado por la tierra.
Ciclo del agua
En el ciclo del agua la energía es provista por el sol, el cual
produce la evaporación ya sea de los océanos como de cualquier
superficie de agua libre. El sol también provee la energía
para los sistemas climáticos que permiten el movimiento del vapor
de agua (nubes) de un lugar a otro (de otro modo siempre llovería
solo sobre los océanos).
Los organismos juegan un rol muy importante en el ciclo del agua, la mayoría contienen importantes cantidades de agua (hasta un 90% en peso). Animales y plantas pierden agua de sus cuerpos por evaporación. En las plantas el agua tomada por las raíces se mueve hacia las hojas donde se pierde por transpiración. Tanto en plantas como en animales, la ruptura de los carbohidratos (azúcares) para producir energía (respiración) produce CO2 y agua como productos de desecho. La fotosíntesis invierte esta reacción, el agua y el CO2 se combinan para formar carbohidratos.
Ciclo del Carbono
Desde la perspectiva biológica, los eventos claves aquí son
la fotosíntesis y respiración como reacciones
complementarias. La respiración toma los carbohidratos y el oxígeno
y los combina para producir CO2, agua y energía. La fotosíntesis
toma el CO2, agua y produce carbohidratos y oxígeno.
Estas reacciones son complementarias tanto en sus productos como en lo
referente a la cantidad de energía utilizada. La fotosíntesis toma la energía del sol y la acumula en las cadenas carbonadas de los carbohidratos; la respiración libera esta energía rompiendo dichas cadenas. Plantas y animales respiran, pero sólo las plantas (y otros productores como las cianobacterias) pueden realizar fotosíntesis. El reservorio principal de CO2 está en los océanos y en las rocas. El CO2 se disuelve rápidamente en el agua. Una vez en el agua, precipita como roca sólida conocida como carbonato de calcio (calcita). El CO2 convertido en carbohidratos en las plantas tiene tres rutas posibles: puede liberarse a la atmósfera con la respiración, puede ser consumido por animales o es parte de la planta hasta que ésta muere.
Los animales obtienen todo el carbono de su alimento, así que todo el carbono en el sistema biológico proviene al final de los organismos autótrofos. En los animales, el carbono tiene las mismas tres rutas. Cuando las plantas y animales mueren pueden ocurrir dos hechos: la energía contenida en las moléculas es utilizada por los descomponedores (bacterias y hongos del suelo) y el carbono es liberado a la atmósfera en forma de CO2 o puede permanecer intacto y finalmente transformarse en combustibles minerales. Los combustibles fósiles al ser utilizados liberan a la atmósfera CO2. El ser humano ha alterado enormemente este ciclo del carbono, ya que al quemar los combustibles fósiles se han liberado a la atmósfera excesivas cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera. Esta condición es la principal responsable del calentamiento global ya que el CO2 presente en grandes cantidades en la atmósfera impide que el calor del sol escape de la tierra al espacio.
El ciclo del Oxígeno
Si observamos nuevamente el ciclo del Carbono, notaremos que también
describe el ciclo del Oxígeno, ya que estos átomos están
frecuentemente combinados. El Oxígeno está presente en el
dióxido de carbono, en los carbohidratos y en el agua, como una
molécula con dos átomos de hidrógeno. El oxígeno
es liberado a la atmósfera por los autótrofos durante la
fotosíntesis y tomado por autótrofos y heterótrofos
durante la respiración. De hecho, todo el oxígeno de la atmósfera
es biogénico; esto significa que fue liberado desde
el agua mediante la fotosíntesis de los organismo autótrofos.
Les tomó cerca de 2 mil millones de años a los autótrofos
(principalmente cianobacterias) para liberar el 21 % de oxígeno
de la atmósfera actual; lo que le abrió la puerta a organismos
complejos como los animales multicelulares, que necesitan de grandes cantidades
de oxígeno para vivir.
Ciclo del Nitrógeno
Este es posiblemente uno de los ciclos más complicados, ya que el
N se encuentra en varias formas y porque los organismos son los responsables
de las interconversiones. Recuerden que el N es uno de los constituyentes
de los aminoácidos y proteínas del cuerpo. Las proteínas
constituyen la piel y los músculos, además de otras estructuras
del cuerpo. Todas las enzimas son proteínas, responsables de todas
las reacciones químicas del cuerpo. Teniendo esto en cuenta, es
fácil notar la importancia del N y su ciclo.
El principal reservorio de nitrógeno es la atmósfera, con 78%. Este nitrógeno gaseoso está compuesto de dos átomos de nitrógeno unidos, el N2 es un gas inerte, y se necesita una gran cantidad de energía para romper esta unión y combinarlo con otros elementos como el carbono y el oxígeno. Esta ruptura puede hacerse por dos mecanismos: las descargas eléctricas y la fijación fotoquímica proveen suficiente energía para romper la unión del nitrógeno y unirse a tres átomos de Oxígeno para formar nitratos (NO3-). Este procedimiento es reproducido en las plantas productoras de fertilizantes. La segunda forma de fijación del nitrógeno es llevada a cabo por bacterias quienes usan enzimas especiales en lugar de la luz solar o las descargas eléctricas. Entre estas bacterias se encuentran las pueden vivir libres en el suelo, aquellas en simbiosis con raíces de ciertas plantas (Leguminosas) y las cianobacterias fotosintéticas (las antiguas "algas verde-azuladas") que viven libres en el agua. Las tres fijan N, tanto como nitratos (NO3-) o como amonio (NH3). Las plantas toman los nitratos y los convierten en aminoácidos, los cuales pasan a los animales que las consumen. Cuando las plantas y animales mueren (o liberan sus desechos) el nitrógeno retorna al suelo. La forma más común en que el nitrógeno regresa al suelo es como amonio. El amonio es tóxico, pero afortunadamente, existen bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrosococcus) que oxidan el amonio a nitritos, con dos oxígenos. Otro tipo de bacteria (Nitrobacter) continúa la oxidación del nitrito (NO2-) a nitrato (NO3-) el cual es absorbido por las plantas que completan el ciclo. Existe un tercer grupo de bacterias desnitrificantes (entre ellas Pseudomonas desnitrificans) que convierten nitritos y nitratos en nitrógeno gaseoso.
Dra. Ana María Gonzalez, ana@unne.edu.ar
Actualizado en Enero del 2000. Reproducción autorizada únicamente con fines educativos. Se agradecen comentarios y sugerencias. |
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