El Ciclo de la Materia en los Ecosistemas
Los materiales orgánicos e inorgánicos se reciclan y reutilizan continuamente. Este ciclo se conoce comúnmente como ciclo de los nutrientes.
Los nutrientes del suelo y del agua son absorbidos y utilizados por los Animales y las Plantas para crecer y fabricar nueva materia. Cuando mueren, sus cuerpos se descomponen, liberando estos nutrientes de nuevo al ecosistema.
Los Ciclos de los Nutrientesimplican que los materiales seconvierten en formas diferentes que otros organismos pueden utilizar a lo largo del camino. En los Ciclos de Nutrientes, los elementos también se trasladan a entornos más accesibles para los organismos vivos. Por ejemplo, el nitrógeno es el gas más abundante en la atmósfera, pero es inerte, ya que los organismos vivos no pueden utilizarlo en estado gaseoso. Sin embargo, durante elciclo del nitrógeno, éste es convertido en formas más accesibles por las bacterias que residen en el suelo.
Papel de los microorganismos en el ecosistema
Los microorganismos llevan a cabo la mayor parte del procesamiento de los compuestos en la mayoría de los ciclos de nutrientes. Son parte integrante del ciclo biogeoquímico de los nutrientes en el suelo al interconvertir diversos compuestos de nitrógeno, carbono y otros elementos. Explicaremos las funciones de los microorganismos con más detalle cuando hablemos de los ciclos específicos del carbono, el nitrógeno y el agua.
Losciclos biogeoquímicos implican la circulación de nutrientes entre los componentes vivos y no vivos del ecosistema.
Sin estos ciclos (y lo que es más importante, sin los microorganismos descomponedores), los nutrientes esenciales quedarían atrapados en el suelo y en el océano, y la vida dejaría de existir.
El ciclo del carbono en el ecosistema
El carbono es el componente básico de todas las formas de vida en la Tierra. Es el elemento central para fabricar biomoléculas complejas como los azúcares, las proteínas y el ADN. El carbono también se encuentra en laforma inorgánica de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. ElCO2 es un gas de efecto invernadero esencial para mantener el calor de la Tierra y su temperaturaadecuada para la vida. SinCO2, la Tierra estaría congelada. DemasiadoCO2 en la atmósfera también puede ser problemático, ya que puede elevar la temperatura media por encima del rango óptimo y provocar fenómenos meteorológicos extremos.
El ciclo del carbono describe el intercambio natural de átomos de carbono en distintas formas entre la atmósfera, los organismos vivos y el suelo. Como nuestro querido planeta y su atmósfera forman un sistema cerrado, la cantidad de carbono en este sistema es siempre la misma. Lo que cambia continuamente es laubicación de los átomos de carbono. El ciclo del carbono tiene cinco etapas principales: Fotosíntesis, descomposición, Respiración, combustión e intercambio.
Fotosíntesis
La fotosíntesis permite a los productores absorber el dióxido de carbono del aire y es esencial para mantener un entorno oxigenado y ciclar el carbono. Utilizan agua, dióxido de carbono y la energía de la luz solar para producir Moléculas Orgánicas de alta energía.
La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las Plantas convierten la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en oxígeno y energía almacenada en forma de glucosa.
La fotosíntesis proporciona una fuente de energía a todos los organismos vivos. Los productores fotosintéticos, como las plantas en tierra firme y el fitoplancton en el océano, residen en la parte inferior de la cadena alimentaria en la mayoría de los ecosistemas, por lo que se denominan productores primarios.
Descomposición
Ladescomposición o desintegración descom ponelos materiales orgánicos muertos en moléculas orgánicas o inorgánicas más simples, como dióxido de carbono, agua, azúcares simples e iones inorgánicos.
La descomposición es un componente esencial del ciclo de los nutrientes, responsable del reciclaje de la materia orgánica muerta en nutrientes que otros organismos vivos, normalmente las plantas, pueden reutilizar. Tras la muerte de un organismo, su cuerpo empieza a degradarse con bastante rapidez. Los microorganismos descomponedores desempeñan un papel vital en esta fase, ya que descomponen las Moléculas Biológicas complejas en productos más simples. De este modo, el carbono almacenado como Biomasa se devuelve al medio ambiente.
Las Bacterias Saprótrofas pueden ser aeróbicas (necesitan oxígeno) o anaeróbicas (funcionan sin oxígeno). Los descomponedores aeróbicos liberan nutrientes de forma más eficaz que los anaeróbicos, que liberan grandes cantidades de dióxido de carbono y metano como subproductos.
Los saprótrofos son simplemente microorganismos descomponedores, como bacterias y hongos.
Durante millones de años, la materia inorgánica muerta (que no se ha descompuesto) formará combustibles fósiles bajo la presión y el calor de la corteza terrestre. Estos combustibles fósiles sirven como sumidero de carbono, almacenando carbono lejos de la atmósfera.
Respiración
Los animales son incapaces de realizar la fotosíntesis. Por tanto, dependen de la obtención de energía a partir de los alimentos que ingieren mediante la Respiración celular.
Las plantas también experimentan la respiración sin luz cuando no pueden realizar la fotosíntesis.
La respiración es la reacción opuesta a la fotosíntesis. Consiste en liberar la energía almacenada en la glucosa utilizando oxígeno para convertirla en dióxido de carbono y agua. El dióxido de carbono liberado puede utilizarse para la fotosíntesis.
Combustión
Lacombustión es el proceso de quemar algo. La combustión y la respiración son muy similares entre sí, y ambas implican el uso de oxígeno para liberar energía y producir dióxido de carbono y agua. Aunque el único sustrato de la respiración es la glucosa, todos los materiales orgánicos que contienen carbono pueden sufrir combustión.
Al quemar la madera cortada de un árbol o el petróleo obtenido a partir de combustibles fósiles, el carbono almacenado en ellos se libera a la atmósfera. Por tanto, la combustión desempeña un papel vital en el ciclo del carbono, ¡a pesar de ser a menudo bastante alarmante!
Los combustibles fósiles se forman muy lentamente a lo largo de miles de años. Pero los seres humanos han estado quemando combustibles fósiles mucho más rápido que el ritmo al que se crean. Esto ha provocado la liberación a la atmósfera de carbono almacenado durante miles de años y ha contribuido significativamente al calentamiento global.
Obtén más información consultando nuestro artículo sobre el Calentamiento Global aquí.
Intercambio
Otra etapa crítica del ciclo del carbono es el intercambio. El dióxido de carbono y el agua circulan continuamente por el medio ambiente e interactúan entre sí. ElCO2 de la atmósfera puede disolverse en los océanos y formar ácido carbónico. Este producto del dióxido de carbono y el agua es un ácido débil, esencial para mantener el pH de los océanos, haciéndolo adecuado para los organismos marinos. Si se libera demasiado dióxido de carbono en el medio ambiente, se disolverá más, haciendo que los océanos sean más ácidos. Los organismos que viven en los océanos son susceptibles al pHdel agua, y los cambios pueden afectar significativamente a la Biodiversidadmarina .
Laacidificación de los océanos puede producirse cuando el pH del agua de mar desciende demasiado. Las condiciones ácidas someterán a estrés a los organismos marinos y reducirán los niveles de carbonato. Innumerables organismos calcificadores necesitan estos carbonatos para construir sus caparazones calcáreos y exoesqueletos, por lo que luchan por sobrevivir en condiciones ácidas.
El ciclo del nitrógeno en el ecosistema
El nit rógeno es un elemento esencial para los organismos vivos que se encuentra en el medio ambiente en formas orgánicas e inorgánicas.
Los compuestosorgánicos de nitrógeno son el ADN, el ARN, las proteínas y los aminoácidos.
Los compuestosinorgánicos de nitrógeno son el amoníaco, los nitratos y los nitritos.
El ciclo del nitrógeno describe el intercambio de nitrógeno entre diversas formas orgánicas e inorgánicas a medida que pasa entre la atmósfera y los ecosistemasterrestres . La interconversión de los compuestos de nitrógeno se produce mediante procesos biológicos y físicos. En el ciclo del nitrógeno intervienen cuatro etapas principales: fijación del nitrógeno, amonificación, nitrificación y desnitrificación.
Fijación del nitrógeno
El gas nitrógeno (N2) está abundantemente presente en la atmósfera, pero es inaccesible para las plantas y los animales mientras se encuentra
La fijaciónatmosférica del nitrógeno se produce durante la caída de un rayo. La gran energía liberada durante un rayo puede romper los enlaces de los gases de nitrógeno y oxígeno y formar óxido de nitrógeno. Este nuevo gas puede disolverse en la humedad del aire y convertirse en nitratos que caen con la lluvia.
Lamayor parte de la fijación del nitrógeno la realizanbacterias específicas llamadas diazótrofos en el suelo. Contienen unaenzima especial llamada nitrogenasa que cataliza la reacción entre el gas nitrógeno y los átomos de hidrógeno del agua para formar amoníaco, que posteriormente se convierte en nitratos. Algunos diazótrofos viven simbióticamente en los nódulos radiculares de las leguminosas. Fijan el nitrógeno para la planta y, a cambio, reciben carbohidratos de ella.
Debido a esta característica, las leguminosas se utilizan para aumentar el contenido de nitrógeno de los suelos pobres en nitrógeno.
Las plantas utilizan los nitratos procedentes de la fijación del nitrógeno para formar Moléculas Biológicascomplejas necesarias para crecer. A continuación, los herbívoros se las comen. De este modo, el nitrógeno fijado pasa a los animales.
Amonificación
El nitrógenode los animales y las plantas está enforma orgánica de moléculas biológicas complejas . Cuando estos organismos liberan sus productos de desecho o después de morir, el nitrógeno presente en ellos va a seguir siendo orgánico. Las bacterias y los hongos descomponen estos compuestos orgánicos complejos en amonio inorgánico en un proceso de amonificación.
Nitrificación
Las plantas pueden absorber amoníaco, pero son incapaces de almacenarlo. Demasiado amoníaco puede ser tóxico para las plantas, por lo que el amoníaco debe convertirse en nitratos para ser utilizable. Este proceso se denomina nitrificación.
Las bacterias nitrificantes contienen enzimas que catalizan la oxidación del amoniaco a nitritos. A continuación, otro grupo de bacteriasoxida aún más los nitritos para convertirlos en nitratos. Los nitratos pueden ser absorbidos por las plantas y utilizados para construir moléculas orgánicas complejas.
Los nit ratos sonmuy solubles y forman iones con carga negativa cuando se disuelven en el agua. Por ello, los nitratos pueden entrar en las aguas subterráneas y llegar a los ríos o embalses potables. Los niveles elevados de nitratos en el agua potable son preocupantes, ya que los nitratos interfieren en los niveles de oxígenoen sangre de los recién nacidos.
Desnitrificación
Mientras que la nitrificación describe la oxidación del amoníaco a nitratos, la desnitrificación reduce los nitratos a nitritos y, finalmente, a nitrógeno gaseoso. Al hacer lo contrario que la fijación del nitrógeno, la desnitrificación completa el ciclo del nitrógeno.
Tipos específicos de bacterias utilizan el nitrato del suelo y lo convierten en gas nitrógeno. Estas bacterias viven en las profundidades del suelo y favorecen lascondiciones anaeróbicas, como los terrenos encharcados.
El ciclo del agua en el ecosistema
El agua es otro material que seintercambia constantemente entre distintos estados y lugares. La molécula de agua que cae hoy con la lluvia podría haber estado fluyendo ayer en un río o haber estado en el casquete polar ártico hace miles de años. Esto se debe a que el agua puedecambiar de estado con diferencias de temperatura relativamente pequeñas.
El agua es esencial para todas las formas de vida de la Tierra, ya que es el sustrato primario de muchas reacciones de los organismos vivos. El ciclo delagua garantiza que el agua dulce se distribuya por todo el planeta para que todos los organismos vivos puedan acceder a agua segura y utilizable.
El ciclo del aguatiene cuatro etapas principales: Evaporación, condensación, precipitación y recogida.
Evaporación
Laevaporación describe la transición del agua del estado líquido al gaseoso. El calor del sol proporciona la energía para esta transición. Latranspiración de las plantas también libera vapor de agua.
Estos vapores se elevan en el aire y se unen entre sí para formar nubes.
Condensación
A medida que el vapor de agua del aire se eleva, se enfría y vuelve a condensarse en forma líquida.
Precipitación
A medida que las gotas de agua se acumulan y se fusionan, se hacen más grandes y pesadas. Finalmente empiezan a caer con la lluvia o la nieve. Esto se llama precipitación.
Recogida
El agua que cae con la lluvia o la nievefluye por el suelo y se une a los ríos. O sefiltra en el suelo y entra en las aguas subterráneas. Finalmente, los ríos y las aguas subterráneas fluyen hasta los lagos y océanos, donde se acumula el agua. Los océanos se congelan en entornos fríos, como los polos de la Tierra, para formar capas de hielo. También son acumulaciones de agua que pueden liberarse tras derretirse.
El agua puede entonces evaporarse de estos puntos de recogida para completar el ciclo.
El ciclo de los materiales en el ecosistema - Puntos clave
El ciclo de los nutrientes es un proceso continuo a través del cual los materiales se reciclan y reutilizan. Este ciclo implica el paso de nutrientes entre Células, organismos, Comunidades y ecosistemas.
Los microorganismos llevan a cabo la mayor parte del procesamiento de los compuestos en la mayoría de los ciclos de nutrientes.
Los tres ciclos principales de los materiales son el ciclo del carbono, el ciclo del nitrógeno y el ciclo del agua.
El ciclo delcarbono consta de cinco etapas principales: fotosíntesis, descomposición, respiración, combustión e intercambio.
El ciclo del nitrógeno puede dividirse en cuatro etapas principales: fijación del nitrógeno, amonificación, nitrificación y desnitrificación.
Cuando el agua circula entre distintos estados y lugares, pasa por cuatro fases principales: evaporación, condensación, precipitación y recogida.
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