2.3.4.3 CICLO DEL NITRÓGENO

Las bacterias juegan un papel fundamental en el ciclo del nitrógeno.

El nitrógeno ingresa al mundo de lo vivo por medio de las bacterias y otros procariontes unicelulares que convierten el nitrógeno atmosférico, $\text N_2$N, start subscript, 2, end subscript, en formas biológicamente utilizables mediante un proceso llamado fijación del nitrógeno. Algunas especies de bacterias fijadoras de nitrógeno viven libremente en el suelo o el agua, mientras que otras son simbiontes benéficos que viven dentro de las plantas.

Los microorganismos fijadores de nitrógeno capturan el nitrógeno atmosférico al convertirlo en amoníaco, 

$\text {NH}_3$N, H, start subscript, 3, end subscript, el cual puede ser absorbido y utilizado por las plantas para producir moléculas orgánicas. Las moléculas nitrogenadas pasan a los animales cuando estos consumen plantas, y una vez dentro del cuerpo, pueden ser incorporadas al mismo o pueden ser degradadas y excretadas como desecho, como la urea de la orina.

El nitrógeno no permanece por siempre en el cuerpo de los seres vivos, por el contrario, las bacterias lo convierten de nitrógeno orgánico a $\text N_2$N, start subscript, 2, end subscript gaseoso. Este proceso a menudo implica varios pasos en los ecosistemas terrestres. Las bacterias convierten los compuestos nitrogenados de los organismos muertos o sus desechos, en amoníaco—$\text {NH}_3$N, H, start subscript, 3, end subscript—, el cual es convertido después en nitratos y nitritos. Finalmente, los procariontes desnitrificantes convierten los nitratos en $\text N _2$N, start subscript, 2, end subscript gaseoso.

Puntos más importantes

• El nitrógeno es un componente esencial de los cuerpos de los seres vivos. Los átomos de nitrógeno se encuentran en todas las proteínas y en el $\text{ADN}$A, D, N.
• El nitrógeno existe en la atmósfera como $\text N_2$N, start subscript, 2, end subscript gaseoso. Durante la fijación del nitrógeno, las bacterias convierten el $\text N_2$N, start subscript, 2, end subscript en amoníaco, una forma de nitrógeno que puede ser utilizada por las plantas. Cuando los animales comen plantas, adquieren compuestos nitrogenados que pueden utilizar.
• El nitrógeno es un nutriente limitante común en la naturaleza y la agricultura. Un nutriente limitante es aquel que está disponible en una cantidad mínima y por lo tanto limita el crecimiento.
• Cuando los fertilizantes que contienen nitrógeno y fósforo llegan a los ríos y lagos, pueden provocar florecimientos de algas, proceso conocido como eutrofización.

La actividad humana afecta el ciclo del nitrógeno.

Nosotros los humanos no podemos fijar el nitrógeno biológicamente, ¡pero vaya que lo fijamos de manera industrial! Se producen alrededor de 450 millones de toneladas métricas de nitrógeno fijo cada año usando un método químico llamado proceso de Haber-Bosch, en el que se hace reaccionar el $\text N_2$N, start subscript, 2, end subscriptcon hidrógeno —$\text H_2$H, start subscript, 2, end subscript— a altas temperaturas.$^4$start superscript, 4, end superscript La mayor parte de este nitrógeno fijo se usa para producir fertilizantes que utilizamos en nuestros huertos, jardines y cultivos agrícolas.

Uno de los efectos principales del escurrimiento de fertilizantes es la eutrofización del agua dulce y salada. En este proceso, el escurrimiento de nutrientes produce una proliferación excesiva, o "florecimiento", de algas u otros microorganismos, cuyo crecimiento estaba limitado por la disponibilidad del nitrógeno o el fósforo.

2.3.4.2 CICLO DEL FÓSFORO

El ciclo natural del fósforo

El ciclo del fósforo es lento en comparación con otros ciclos biogeoquímicos como el del agua, el carbono y el nitrógeno

$^1$start superscript, 1, end superscript

En la naturaleza, el fósforo se encuentra sobretodo en forma de iones fosfato, 

$\text {PO}_4^{3-}$

se meteorizan —se desgastan a lo largo del tiempo— el fósforo que contienen se filtra

lentamente hacia el suelo y las aguas superficiales. La ceniza volcánica, los aerosoles y

el polvo mineral también pueden ser fuentes significativas de fosfatos, aunque el fósforo 

no tiene realmente una fase gaseosa como el carbono, el nitrógeno y el azufre.

Las plantas pueden absorber los compuestos fosfatados del suelo y transferirlos a los animales que se las comen. Cuando las plantas y los animales excretan desechos o mueren, los fosfatos pueden ser absorbidos por los organismos detritívoros o regresar al suelo. Los compuestos fosfatados también pueden ser transportados en los escurrimientos hacia los ríos, lagos y océanos, donde son absorbidos por los organismos acuáticos.

Cuando los compuestos fosfatados de los cuerpos o desechos de los organismos marinos se hunden hasta el suelo oceánico, forman nuevas capas sedimentarias. Con el transcurso de largos periodos de tiempo, la roca sedimentaria fosfatada puede moverse del océano a la tierra mediante un proceso geológico llamado levantamiento. Sin embargo, este proceso es muy lento y el ion fosfato promedio tiene un tiempo de residencia oceánica —tiempo que pasa en el océano— de 20,000 a 100,000 años.

Puntos más importantes

• El fósforo es un nutriente esencial que se encuentra en las macromoléculas, incluyendo el 

  $\text{ADN}$A, D, N

  de los humanos y otros organismos.
• El ciclo del fósforo es lento. La mayor parte del fósforo que existe en la naturaleza se encuentra en forma de ion fosfato, 

  $\text {PO}_4^{3-}$P, O, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 3, minus, end superscript

  .
• A menudo, el fósforo es el nutriente limitante, es el más escaso por lo que restringe el crecimiento en los ecosistemas acuáticos.
• Cuándo el nitrógeno y el fósforo de los fertilizantes son acarreados por los escurrimientos hasta los lagos y océanos, producen eutrofización: el crecimiento excesivo de algas. Las algas pueden agotar el oxígeno del agua y crear una zona muerta.