Dinámica de los Ciclos Biogeoquímicos: Carbono y Nitrógeno en Ecosistemas

Ciclo del Carbono

El carbono es el tercer elemento más abundante en la biosfera e indispensable para formar moléculas orgánicas debido a su versatilidad.

Reservorios Inorgánicos de Carbono

• El CO₂ en la atmósfera y disuelto en el agua constituye la principal fuente de carbono y, debido a su facilidad de difusión, se encuentra en equilibrio entre ambos sistemas, siendo el principal almacén del ciclo.
• Rocas carbonatadas: Se forman al precipitar el CO₂ disuelto en el agua con el calcio (Ca) en forma de carbonatos.
• Combustibles fósiles: (aunque su origen sea orgánico). Formados en épocas remotas cuando el carbono orgánico quedó sepultado en los sedimentos terrestres por descomposición anaeróbica.

La forma asimilable para los seres vivos es el CO₂. Mediante la fotosíntesis, los productores construyen con este carbono los glúcidos, lípidos, proteínas y otras moléculas orgánicas. Cuando son consumidos por los herbívoros, el carbono pasa a estos y de ellos a los carnívoros. Los restos de todos los seres vivos sirven de alimento a los detritívoros. El CO₂ vuelve a la atmósfera por la respiración de los seres vivos.

El equilibrio del CO₂ está muy influido por los océanos. El balance del carbono en el planeta se encuentra ligado a procesos químicos y biológicos que ocurren en todos los subsistemas terrestres. En la actualidad, se consumen aceleradamente los combustibles fósiles, liberándose CO₂ en grandes cantidades a la atmósfera, siendo una de las causas principales del efecto invernadero.

Ciclo del Nitrógeno

Los reservorios inorgánicos de nitrógeno (N) son: la atmósfera (N₂) y el suelo (donde se encuentra oxidado como NO₂⁻ y NO₃⁻).

El N₂ no es asimilable y solo se puede convertir en asimilable por:

Mecanismos de Asimilación del Nitrógeno

• Bacterias fijadoras del N₂: Pueden vivir libres en el suelo (Azotobacter, Clostridium) o en simbiosis en raíces de plantas como leguminosas (Rhizobium) o no leguminosas (Frankia).
• Cianobacterias fijadoras del N₂: Como el género Nostoc.
• Tormentas: Producen óxidos de nitrógeno y nitratos en la atmósfera que son depositados con la precipitación (deposición húmeda) o en forma de aerosol (deposición seca).
• Producción industrial de abono.

El ciclo biológico puede comenzar con las plantas que absorben el nitrógeno por las raíces en forma de nitrato (NO₃⁻) o de amonio (NH₄⁺). Estas plantas utilizan el nitrógeno absorbido para fabricar proteínas y ácidos nucleicos, abasteciendo al resto de los niveles tróficos. Los restos de estos seres vivos son transformados en amoníaco (NH₃) por los descomponedores (amonificación).

El amoníaco es un gas que puede perderse en la atmósfera (sobre todo en suelos básicos), pero normalmente se disuelve en agua como ión amonio (NH₄⁺). Las plantas pueden absorberlo como tal, pero compiten con unas bacterias aeróbicas quimiosintéticas que lo utilizan como fuente de energía a través de un proceso llamado nitrificación.

Existen unas bacterias que consumen nitratos, compitiendo con las plantas y haciendo que se pierda N₂ hacia la atmósfera. Proceso llamado desnitrificación:

NO₃⁻ → N₂

Estas bacterias, del género Pseudomonas, son anaerobias, por lo que este proceso se produce principalmente en suelos encharcados, humedales y ecosistemas acuáticos.