Biología - Eldra Solomon, Linda Berg, Diana Martin - 9 Edición-comprimido-1238

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1204 Capítulo 55 
que producen esqueletos y conchas de carbonato de calcio (CaCO3), el 
cual se disuelven en presencia de ácido.
El nivel de CO2 atmosférico se incrementó notablemente a princi-
pios de la segunda mitad del siglo xx (vea la fi gura 57-16) y este aumento 
de CO2 parece haber iniciado los cambios inducidos por los humanos 
en el clima mundial. El cambio en el clima mundial puede resultar en 
un aumento del nivel del mar, cambios en los patrones de precipitación 
pluvial, muerte de bosques, extinción de organismos y problemas para la 
agricultura. Podría forzar al desplazamiento de miles e incluso millones 
de personas, en particular de las zonas costeras. (En el capítulo 57 se 
presenta un análisis más detallado del aumento del CO2 atmosférico y 
del impacto potencial del cambio en el clima mundial).
Las bacterias son esenciales
para el ciclo del nitrógeno
El nitrógeno es crucial para todos los organismos porque es un com-
ponente esencial de las proteínas, los ácidos nucleicos y la clorofi la. 
Debido a que la atmósfera de la Tierra es aproximadamente 78% de 
nitrógeno gaseoso (N2), podría parecer imposible una reducción del 
nitrógeno para los organismos. Sin embargo, el nitrógeno molecular 
es tan estable que no se combina fácilmente con otros elementos. En 
consecuencia, la molécula de N2 debe descomponerse antes de que los 
átomos de nitrógeno se combinen con otros elementos para formar 
proteínas, ácidos nucleicos y clorofi la. Las reacciones químicas que 
descomponen el N2 y combinan el nitrógeno con otros elementos re-
quieren bastante energía.
El ciclo del nitrógeno, en el que este elemento se recicla entre el 
ambiente abiótico y los organismos, consta de cinco pasos: fi jación del 
nitrógeno, nitrifi cación, asimilación, amonifi cación y desnitrifación (FI-
GURA 55-8). Las bacterias están involucradas exclusivamente en estos 
pasos, excepto en la asimilación.
El primer paso en el ciclo, la fi jación del nitrógeno, de carácter bio-
lógico, implica la conversión del nitrógeno gaseoso (N2) en amoniaco 
(NH3). Este proceso fi ja el nitrógeno en una forma que los organismos 
pueden usar. La combustión, la acción volcánica, las descargas eléctri-
cas y los procesos industriales también fi jan el nitrógeno como nitrato 
(NO3–). Las bacterias fi jadoras de nitrógeno, incluyendo las cianobac-
terias y otras bacterias de existencia libre y simbióticas, llevan a cabo la 
fi jación de nitrógeno en el suelo y en ambientes acuáticos. Las bacterias 
fi jadoras de nitrógeno emplean una enzima denominada nitrogenasa 
para descomponer el nitrógeno molecular y combinar los átomos de ni-
trógeno resultantes con el hidrógeno.
Puesto que la nitrogenasa sólo funciona en ausencia de oxígeno, las 
bacterias que fi jan nitrógeno aíslan la enzima del oxígeno de alguna ma-
nera. Algunas bacterias fi jadoras de nitrógeno viven bajo capas de limo 
excluyentes de oxígeno sobre las raíces de varias especies de plantas. 
Otras bacterias fi jadoras de nitrógeno importantes, del género Rhizo-
bium, viven en protuberancias excluyentes de oxígeno, o nódulos, sobre 
las raíces de legumbres como frijoles y chícharos, y en algunas plantas 
leñosas (FIGURA 55-9).
En ambientes acuáticos, las cianobacterias llevan a cabo casi toda 
la fi jación de nitrógeno. Las cianobacterias fi lamentosas poseen unas 
células especiales excluyentes de oxígeno denominadas heterocistos 
que funcionan para fi jar el nitrógeno. Algunos helechos acuáticos tienen 
cavidades en las que viven las cianobacterias, de manera comparable a 
la forma en que el Rhizobium vive en nódulos en las raíces de legum-
bres. Otras cianobacterias fi jan nitrógeno en asociación simbiótica con 
cicadas y otras plantas terrestres, o como el compañero fotosintético de 
ciertos líquenes.
midor que come al productor o por un descomponedor que desintegra 
los restos del productor o del consumidor. El proceso de la respiración 
celular devuelve el bióxido de carbono a la atmósfera. Un ciclo del 
carbono semejante ocurre en ecosistemas acuáticos entre organismos 
acuáticos y bióxido de carbono disuelto en el agua (no se muestra en 
la fi gura 55-7).
Algunas veces el carbono en las moléculas biológicas no se recicla 
de vuelta al ambiente abiótico durante largo tiempo. El carbono almace-
nado en la madera de los árboles puede permanecer por varios cientos de 
años e incluso más. También, hace millones de años se formaron vastos 
lechos de carbón a partir de los cuerpos de árboles antiguos que fueron 
sepultados y sometidos a condiciones anaerobias antes de desintegrarse 
por completo. De manera semejante, es probable que los aceites de orga-
nismos marinos unicelulares dieran origen a depósitos subterráneos de 
petróleo y gas natural que se acumularon en el pasado geológico. Car-
bón, petróleo y gas natural, denominados combustibles fósiles porque 
se formaron a partir de los restos de organismos antiguos, son vastos 
depósitos de compuestos de carbono, los productos fi nales de la fotosín-
tesis que ocurrió hace millones de años.
El proceso de quema, o combustión, puede regresar a la atmósfera 
el carbono contenido en el carbón, petróleo, gas natural y madera. En la 
combustión, las moléculas orgánicas se oxidan con rapidez (se combi-
nan con oxígeno) y se convierten en bióxido de carbono y agua con una 
liberación concomitante de luz y calor.
Una cantidad todavía mayor de carbono que ha permanecido al-
macenado durante millones de años está incorporado en las conchas 
de organismos marinos. Cuando estos organismos mueren, sus conchas 
se hunden en el fondo del océano y son cubiertas por sedimentos, for-
mando depósitos de lecho marino de varios miles de metros de espesor. 
Los depósitos terminan por ser cementados entre sí formando piedra 
caliza, una roca sedimentaria. La corteza terrestre es dinámicamente ac-
tiva y a lo largo de millones de años la roca sedimentaria en el fondo del 
piso marino puede emerger para formar tierras superfi ciales. Cuando el 
proceso de levantamiento geológico expone la piedra caliza, un proceso 
de desgaste químico y físico la erosiona lentamente. Esto devuelve el car-
bono al agua y a la atmósfera, donde queda disponible para participar de 
nuevo en el ciclo del carbono.
Las actividades humanas han perturbado
la existencia mundial de carbono
Antes de la Revolución Industrial, alrededor de 1750, el ciclo mundial 
del carbono estaba en estado estable. Enormes cantidades de carbono 
se movían hacia la atmósfera, el océano y los ecosistemas terrestres y 
desde éstos, pero estos movimientos dentro del ciclo global del carbono 
se cancelaban entre sí.
Desde 1750, la sociedad industrial ha requerido mucha energía y 
se han quemado cantidades cada vez mayores de combustibles fósiles; 
carbón, petróleo y gas natural, para obtener dicha energía. Esta tenden-
cia, junto con una mayor combustión de madera como combustible y 
la quema de grandes secciones de bosques tropicales, ha liberado CO2 
a la atmósfera a un ritmo más grande del que el ciclo del carbono puede 
manipular.
El océano de la Tierra absorbe la mayor parte de este exceso de 
CO2. En el océano algo del CO2 disuelto se convierte en ácido carbónico 
(H2CO3) que vuelve ácidas las aguas oceánicas superfi ciales. Según la 
investigación reportada en 2003 en la revista Nature, el pH de las aguas 
superfi ciales modernas es aproximadamente 0.1 unidad menor de lo que 
era en la época preindustrial y los modelos pronostican hasta 1.4 unida-
des de acidifi cación adicional durante los próximos 300 años. La acidifi -
cación del océano daña a los organismos marinos, en particular a aquellos 
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	Parte 8 Las interacciones de la vida: Ecología 
	55 Ecosistemas y la biosfera
	55.2 Ciclos de la materia en los ecosistemas
	El bióxido de carbono es la molécula pivote en el ciclo del carbono
	Las actividades humanas han perturbado la existencia mundial de carbono
	Las bacterias sonesenciales para el ciclo del nitrógeno