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Los seres vivos están formados por elementos químicos, fundamentalmente por oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno que, en conjunto, suponen más del 95% de peso de los seres vivos. El resto es fósforo, azufre, calcio, potasio, y un largo etcétera de elementos presentes en cantidades muy pequeñas, aunque algunos de ellos muy importantes para el metabolismo.
Estos elementos también se encuentran en la naturaleza no viva, acumulados en depósitos. Así, en la atmósfera hay O2, N2 y CO2. En el suelo H2O, nitratos, fosfatos y otras sales. En las rocas fosfatos, carbonatos, etc.
Transferencia cíclica de los elementos
Algunos seres vivos son capaces de captarlos de los depósitos inertes en los que se acumulan. Después van transfiriéndose en las cadenas tróficas de unos seres vivos a otros, siendo sometidos a procesos químicos que los van situando en distintas moléculas.
Así, por ejemplo, el N es absorbido del suelo por las raíces de las plantas en forma de nitrato; en el metabolismo de las plantas pasa a formar parte de proteínas y ácidos nucleicos (químicamente hablando ha sufrido una reducción); los animales tienen el N en forma de proteínas y ácidos nucleicos, pero lo eliminan en forma de amoniaco, urea o ácido úrico en la orina. El ciclo lo cierran bacterias del suelo que oxidan el amoniaco a nitratos. Por otros procesos el N puede ser tomado del aire por algunas bacterias que lo acaban dejando en forma de nitratos o también puede ser convertido a N2 gas por otras bacterias que lo devuelven a la atmósfera.
Los ciclos de los elementos mantienen una estrecha relación con el flujo de energía en el ecosistema, ya que la energía utilizable por los organismos es la que se encuentra en enlaces químicos uniendo los elementos para formar las moléculas
Ciclo del Carbono
El carbono es elemento básico en la
formación de las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos,
pues todas las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbonos
enlazados entre sí. La reserva fundamental de carbono,
en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la
hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada
año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2, se consumen en los
procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la
atmósfera cada 20 años. La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más visibles.
Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la de otros gases, como el O2 o el N2, porque reacciona con el agua formando ácido carbónico. En los ecosistemas marinos algunos organismos convierten parte del CO2 que toman en CaCO3 que necesitan para formar sus conchas, caparazones o masas rocosas en el caso de los arrecifes. Cuando estos organismos mueren sus caparazones se depositan en el fondo formando rocas sedimentarias calizas en el que el C queda retirado del ciclo durante miles y millones de años. Este C volverá lentamente al ciclo cuando se van disolviendo las rocas.
El petróleo, carbón y la materia orgánica acumulados en el suelo son resultado de épocas en las que se ha devuelto menos CO2 a la atmósfera del que se tomaba. Así apareció el O2 en la atmósfera. Si hoy consumiéramos todos los combustibles fósiles almacenados, el O2 desaparecería de la atmósfera. Como veremos el ritmo creciente al que estamos devolviendo CO2 a la atmósfera, por la actividad humana, es motivo de preocupación respecto al nivel de infecto invernadero que puede estar provocando, con el cambio climático consiguiente.
Ciclo del Oxígeno
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El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. Como molécula, en forma de O2, su presencia en la atmósfera se debe a la actividad fotosintética de primitivos organismos. Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica. La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario. Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono. Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2. |
Ciclo del Nitrógeno
Los organismos emplean el nitrógeno
en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas
fundamentales del metabolismo. Su reserva
fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2, pero esta
molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos
(exceptuando algunas bacterias). Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un papel muy importante en el ciclo de este elemento al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el N2 en otras formas químicas (nitratos y amonio) asimilables por las plantas.
El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales.
En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ión amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.
Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan interesantes para hacer un abonado natural de los suelos.
Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hay otras bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del ecosistema a la atmósfera.
A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos que escasean y que es factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas. Tradicionalmente se han abonado los suelos con nitratos para mejorar los rendimientos agrícolas. Durante muchos años se usaron productos naturales ricos en nitrógeno como el guano o el nitrato de Chile. Desde que se consiguió la síntesis artificial de amoniaco por el proceso Haber fue posible fabricar abonos nitrogenados que se emplean actualmente en grandes cantidades en la agricultura. Como veremos su mal uso produce, a veces, problemas de contaminación en las aguas: la eutrofización.
Ciclo del Fósforo
El fósforo es un componente
esencial de los organismos. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN); del ATP
y de otras moléculas que tienen PO43- y que almacenan la energía
química; de los fosfolípidos que forman las membranas celulares; y de los huesos
y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades en las plantas, en
proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los animales hasta el 1% de su masa puede ser
fósforo. Su reserva fundamental en la naturaleza es la
corteza terrestre. Por meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas,
queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las
aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas
que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de
fósforo. Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por organismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a tierra.
Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en los lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo, arrastrando fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la superficie. Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces, formándose las grandes pesquerías del Gran Sol, costas occidentales de Africa y América del Sur y otras.
Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, originándose problemas de eutrofización.
Ciclo del Azufre
Ciclo del Agua
En la disponibilidad de agua en el ecosistema influyen factores que pueden pasar desapercibidos en un primer momento. Así, por ejemplo, en las zonas continentales que se encuentran alejadas del mar, las precipitaciones dependen, sobre todo, del agua que se evapora en el interior del mismo continente. Esto hace que en zonas de clima cálido se pueda producir fácilmente desertización si disminuye la cantidad de agua disponible para la evaporación, cuando se canalizan excesivamente los ríos o, en general, se aumenta la velocidad de salida del agua de la cuenca. Este fenómeno también tiene influencia en las zonas selváticas, cuando se talan los árboles, porque se pierde capacidad de evapotranspiración (los árboles con su transpiración envían una gran cantidad de agua a la atmósfera).
En la mayoría de las zonas continentales el nivel de la producción primaria se encuentra limitado por las disponibilidades de agua. Por ejemplo, según cálculos de De Witt, en las condiciones climáticas de Estocolmo las plantas pueden producir al año unos 2,5 Kg/m2 de materia orgánica seca y en Berlín unos 3 Kg/m2. Se calcula que para producir un Kg. de materia seca se necesitan unos 500 L de agua. Por tanto en Estocolmo se necesitarían 1.250 L y en Berlín 1.500. Este agua tendría que caer el momento apropiado (no en invierno, etc.), en el lugar adecuado y en el modo adecuado (sin provocar escorrentía, etc.). Calculó que en Berlín sólo había 700 L disponibles verdaderamente para el crecimiento de las plantas entre todos los que caen al año. Es decir se demuestra que, en general, el factor limitante es el agua, incluso en zonas en las que puede parecer extraño que así sea. Y es difícil, caro y exige un gran consumo de energía aportar más agua.
FUENTEwww.tecnun.es:
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