35 - Guía Ciclos Biogeoquímicos - Camila Mella (3)

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ECOLOGÍA: Ciclos biogeoquímicos
INTRODUCCIÓN
Como se planteó antes, la energía fluye por los ecosistemas; por ello son abiertos y necesitan de un constante ingreso de energía siendo la puerta de entrada los organismos fotosintéticos. Este fluir de la energía empuja y provoca el ciclo de la materia.
En la naturaleza tienen lugar de forma cíclica una serie de reacciones químicas, e intercambios entre la atmósfera, los suelos y los seres vivos, en los cuales participan formando materia orgánica basada en el carbono, hidrógeno, oxígeno (agua) y el nitrógeno. Estos ciclos de la materia que dependen de los procesos geológicos, se denominan ciclos biogeoquímicos y son procesos regulares y básicos para el mantenimiento de la vida sobre la Tierra.
CICLO DEL NITRÓGENO
Importancia:
· El N es el componente fundamental de las proteínas y de los ácidos nucleicos (ADN)
· La atmósfera está formada en un 78% de nitrógeno gaseoso (N2), por lo tanto, es la reserva principal de este elemento.
· A pesar que tenemos una atmósfera rica en N, son pocos los organismos que lo pueden utilizar en estado gaseoso (Los seres humanos no pueden). Es mejor utilizado por algunas bacterias del suelo y de ambientes acuáticos, las cuales, transforman el N en sales minerales (nitratos NO3) y amoniaco (NH3) que pueden ser absorbidos por las raíces de las plantas y así, el N, es transferido a otros seres vivos por medio de las cadenas alimentarias.
El ciclo del Nitrógeno, ocurre a través de varios pasos:
1) Fijación de Nitrógeno
2) Nitrificación
3) Amonificación
4) Desnitrificación
5) Asimilación
FIGURA: Ciclo del Nitrógeno
1. Fijación de Nitrógeno: ocurre de dos formas.
a. Fijación química de alta energía
La radiación cósmica, las estelas de los meteoritos y los relámpagos proporcionan la alta energía necesaria para combinar el nitrógeno con el oxígeno y con el agua. El amoniaco y los nitratos resultantes son llevados hacia la superficie de la tierra con el agua de la lluvia. Los cálculos sugieren que menos de 8,9 Kg N2 /ha llegan a la tierra anualmente de esta forma. Unos dos tercios de esta cantidad llegan como amoniaco y un tercio como ácido nítrico.
b. Fijación biológica
Este método produce de 100 a 200 Kg N2/ha, o aproximadamente el 90% del nitrógeno aportado a la tierra cada año. Esta fijación se lleva a cabo por las bacterias fijadoras de nitrógeno, algunas de ellas simbióticas, viven en asociación con las leguminosas como las del género Rhizobium y otras con plantas no leguminosas las que producen nódulos en las raíces como las aeróbicas Azotobacter. Además las cianobacterias (algas verdeazuladas).
Ciertas bacterias que viven en el suelo son capaces de capturar o “fijar” el N atmosférico y transformarlo en NH3, algunas de estas bacterias viven en los suelos y otras, como el Rhizobium, viven en raíces de plantas leguminosas como las lentejas y porotos.
El NH3 puede ser utilizado directamente por las plantas o transformado en nitrato (NO3).
2. Nitrificación
La nitrificación es un proceso biológico en el cual el amoniaco es oxidado por las bacterias nitrificantes a nitritos y nitratos, produciendo energía. Dos grupos de microorganismos están implicados: las bacterias del género Nitrosomonas que utilizan el amoniaco del suelo como su única fuente de energía y promueven su transformación a nitritos y agua. Y las del género Nitrobacter, otro grupo de bacterias que toman posteriormente estos nitritos transformándolos en nitratos. El nitrito es tóxico para muchas plantas, siendo inusual su acumulación, por eso las nitrobacterias realizan la transformación de nitritos (NO2) en nitratos (NO3).
Estas bacterias son consideradas quimiosintéticas, porque aprovechan estas reacciones de oxidación para obtener energía para convertir materia inorgánica en orgánica.
Consiste en la transformación del amoniaco (NH3) en nitrato (NO3) por bacterias nitrificantes que se encuentran en el suelo. Una vez que el nitrato queda disponible en el suelo puede ser absorbido por las plantas a través de las raíces. Cuando la planta sea consumida por un herbívoro el N será transferido a otros seres vivos por medio de las cadenas alimentarias.
3. Amonificación
Otra fuente de nitrógeno es la materia orgánica. La materia orgánica muerta, descompuesta por la putrefacción, libera nitrógeno en el ecosistema en forma de amoniaco (amonificación) y es el punto de arranque de otras fases del ciclo del nitrógeno: los procesos de nitrificación y desnitrificación.
En la amonificación, los descomponedores rompen los aminoácidos de la materia orgánica muerta para obtener energía liberando los grupos aminos en forma de amoniaco. Es una reacción unidireccional y el amoniaco liberado es entonces absorbido directamente por las raíces de las plantas e incorporado a sus aminoácidos, que pasarán posteriormente a través de la cadena alimenticia.
Desechos como excremento de los animales contienen N (en forma de urea, amoniaco o ácido úrico) y también los cadáveres de organismos muertos, los que son degradados a compuestos simples por microorganismos descomponedores (bacterias y hongos) que se encuentran en el suelo. De esta forma liberan amoniaco (NH3), el que puede ser utilizado por las plantas directamente; aunque el nitrato (NO3) es la forma en que utilizan la mayor parte del N.
4. Desnitrificación
En nitrógeno en la forma de nitrato puede transformarse mediante el proceso de desnitrificación en nitrógeno molecular gaseoso (N2) por la acción desnitrificantes, representadas por numerosas especies del género Pseudomonas y también por el Thilobacillus denitrificans.
Existe en el suelo un grupo de bacterias llamadas desnitrifcantes capaces de utilizar el nitrato y convertirlo nuevamente en nitrógeno gaseoso (N2), siendo devuelto a la atmósfera.
5. Asimilación
La asimilación consiste en la incorporación del nitrógeno como amoníaco y nitrato por la planta, el cual pasa a formar parte de moléculas orgánicas tales como los aminoácidos y bases nitrogenadas y por ello en proteínas y ácidos nucleicos respectivamente.
Causas y consecuencias de la alteración del ciclo del Nitrógeno
	Acciones humanas que han alterado el ciclo del nitrógeno
	El empleo excesivo de fertilizantes nitrogenados sintéticos en los cultivos agrícolas, la liberación de gases nitrogenados en la atmósfera, provenientes de la quema de combustibles usados por los automotores y el incremento de cultivos de leguminosas que tienen en sus raíces bacterias especializadas en su transformación
	Algunas consecuencias de la alteración del ciclo
	· Incremento de la cantidad de nitrógeno fijado en el suelo – unas nueve veces, en los últimos 60 años-, por el uso excesivo de fertilizantes
· Niveles elevados de nitrógeno atmosférico, proveniente de procesos industriales y agrícolas, que alteran la flora de los ecosistemas cercanos y provocan el smog.
· Eutrofización, o acumulación de compuestos nitrogenados en el agua, provenientes de cultivos que provocan la muerte de peces, la proliferación de algas y cambios en las especies de los ecosistemas costeros.
· Influye sobre la formación de lluvia ácida, causante de la deforestación en regiones europeas.
· Enfermedades respiratorias y algunas formas de cáncer
CICLO DEL CARBONO
Mediante la fotosíntesis, los organismos autótrofos como las plantas absorben el dióxido de carbono existente en el aire p en el agua. (Esto también lo hacen de forma química algunas bacterias de ecosistemas especiales como volcanes submarinos, proceso conocido como quimiosíntesis). En ambos casos lo acumulan en sus tejidos, en forma de grasas, proteínas e hidratos de carbono. Estos organismos productores de materia orgánica también devuelven un porcentaje al ambiente como CO2. 
· Conforma a la materia viva, porque forma la estructura de las moléculas orgánicas tales como hidratos de carbono, lípidos y proteínas.
· La principal reserva de Carbono se encuentra en la atmósfera, como gas, el CO2.
1. Las plantas, las algas y algunas bacterias, mediante la fotosíntesis, captan CO2 de la atmósfera o disueltoen el agua y los transforman en nutrientes (glucosa), que luego servirán de alimento para los consumidores
2. El Carbono orgánico de los productores circula a través de todos los niveles tróficos gracias a la alimentación
3. Por la respiración de los productores, consumidores y descomponedores el Carbono se devuelve al medio como CO2. 
Los descomponedores transforman la materia orgánica de los desechos en inorgánica, liberando CO2. Esto se conoce como respiración del suelo.
4. Los restos de organismos que se descomponen rápidamente quedan enterrados por los sedimentos. Por largos y lentos procesos, que duran miles de años, son transformados en carbón, petróleo o gas natural (combustibles fósiles).
5. De forma natural, la cantidad de CO2 atmosférico aumenta con la combustión, de materiales vegetales y erupciones volcánicas. Pero, actualmente una gran parte de las emisiones de CO2 se debe a la quema de combustibles fósiles, que se utilizan para satisfacer la demanda de energía por parte de los seres humanos.
6 y 7. El CO2 se encuentra disuelto en el océano como microscópicas burbujas de gas, y es utilizado por los productores 
marinos para la fotosíntesis. Además, algunos organismos como los moluscos extraen el CO2 y lo combinan con Ca, para formar CaCO2 que forman parte de las caparazones y conchas. Cuando mueren sus conchas se acumulan y se transforman en piedra caliza, la cual se disuelve en el agua y así el Carbono vuelve a estar disponible
Ciclo del Fósforo
El fósforo es un elemento esencial de las moléculas biológicas, incluyendo al ATP, siendo además un componente importante de huesos y dientes.
Las reservas de fósforo en los ecosistemas son las rocas, donde se encuentra unido al oxígeno en forma de fosfato. El ciclo de fósforo es sedimentario, porque no entra en la atmósfera. Como las rocas están expuestas y se erosionan, el agua de las lluvias disuelve al fosfato, el cual es absorbido fácilmente por las raíces de las plantas y otros autótrofos, y se incorpora a moléculas biológicas como el ATP.
De los productores, el fósforo pasa a la red alimentaria. En todos los niveles se excreta el fosfato excesivo.
Los descomponedores regresan el fósforo restante en los cuerpos muertos al suelo y al agua en forma de fosfato.
Aquí puede ser absorbido por los autótrofos o enlazarse con el sedimento y después reincorporarse a las rocas.
Parte del fosfato disuelto en el aguadulce se lleva a los océanos. Aunque una gran parte de este fosfato termina en los sedimentos del fondo, parte es absorbido por productores marinos y con el tiempo se incorpora en los cuerpos de los invertebrados y los peces.
Ciclo del Agua
El agua es un compuesto indispensable para la realización de una serie de procesos vitales y además una fuente de hidrógeno. Como lo indica el siguiente esquema, el agua se evapora en ríos, lagos y océanos, ascendiendo a la atmósfera. Por acción de los vientos la masa de aire húmedo es desplazada a diversas regiones. Bajo ciertas condiciones de temperatura el vapor de agua se consensa, originando las precipitaciones y nevadas. El agua al caer al suelo puede seguir diversos caminos o ser absorbida por la tierra formando corrientes subterráneas (napas subterráneas). También puede incorporarse a ríos y lagos, o bien es utilizada por plantas y animales.
En relación con el ciclo del carbono, es INCORRECTO afirmar que:
A) El CO2 es utilizado por las plantas en la fotosíntesis
B) Durante la respiración celular, se libera CO2
C) Los descomponedores se encargan de restituir parte del CO2 al medio ambiente
D) El principal reservorio de carbono de nuestro planeta está en la atmósfera
E) El carbono forma parte de las moléculas orgánicas de los seres vivos
Con respecto al ciclo del carbono, es correcto afirmar que:
I) El exceso de CO2 de origen antrópico es controlado por los vegetales fotosintéticos
II) El aumento del uso de combustibles fósiles sobrepasa la capacidad de regulación de los vegetales fotosintéticos
III) Las partículas de polvo en suspensión generan el efecto invernadero
A) Solo I
B) Solo II
C) Solo III
D) Solo I y II
E) Solo II y III
Con respecto al ciclo del nitrógeno, es INCORRECTO afirmar que
A) El aire contiene, aproximadamente, el 80% del nitrógeno disponible
B) El nitrógeno puede ser incorporado por los productores continuamente, gracias a la acción de las bacterias nitrificantes
C) Parte del nitrógeno termina como nitrato, para luego ser usado por las plantas
D) El nitrógeno solo se puede fijar a la biósfera por la acción de los relámpagos
E) Es un ciclo autorregulado
Del análisis del diagrama, es correcto que:
I) Los organismos productores incorporan fósforo en estados gaseosos
II) El fósforo forma parte de los componentes geológicos
III) Los desechos biológicos de los seres vivos y sus cadáveres son fuente de fósforo
A) Solo I
B) Solo II
C) Solo III
D) Solo I y II
E) Solo II y III
Los restos cadavéricos vegetales representan una fuente de carbono, nitrógeno y fósforo que pueden volver a circular en el ambiente gracias a:
A) Las levaduras
B) Los líquenes
C) Los gusanos
D) Las bacterias
E) Los insectos
Con respecto a los ciclos biogeoquímicos, es correcto afirmar que
A) Son ciclos de los nutrientes dentro del ambiente no vivo (depósitos en la atmósfera, la hidrósfera y la corteza de la tierra)
B) Se refiere al estudio del intercambio de sustancias químicas entre formas bióticas
C) Son movimientos de cantidades masivas de carbono, nitrógeno, oxígeno y otros elementos, entre los componentes vivientes y no vivientes del ambiente
D) Son movimientos de los componentes inorgánicos de movimiento lento y poco uso en los organismos vivos
E) Son los componentes más pequeños que se desplazan entre los organismos vivos
Con respecto a la figura, ¿Cuál de las siguientes aseveraciones es INCORRECTA?
A) La escorrentía es un fenómeno propio del proceso 3
B) En el proceso 4 ocurre evaporación de aguas superficiales
C) La percolación es un fenómeno que se presenta en la etapa 1
D) La etapa que permite la descontaminación del agua corresponde al proceso 4
E) La etapa 2 describe un proceso de condensación