Los ciclos de la materia y la energía, en los ecosistemas, están estrechamente relacionados. Tienen como fin, permitir la circulación de elementos como carbono, nitrógeno y oxígeno entre otros; de sustancias como el agua; y de energía, entre los seres vivos y el medio ambiente. Así, la naturaleza puede usar una y otra vez, los átomos presentes en ella, para renovar la vida indefinidamente.
Principales ciclos de la materia
Ciclo del carbono
El carbono es un elemento clave en las moléculas orgánicas. En su forma inorgánica, el carbono existe principalmente como dióxido de carbono (CO2) en el aire. El dióxido de carbono también se disuelve en agua de mar. Es decir, el carbono va y viene, entre el dióxido de carbono y las moléculas orgánicas en los tejidos vivos, mediante el ciclo del carbono. Figura 1.
La fotosíntesis toma el carbono en su estado inorgánico y lo transforma en moléculas orgánicas. Algunas de estas moléculas llegan a formar parte de células y tejidos; y pasan de un organismo a otro a través de las cadenas alimentarias.
El carbono vuelve a su estado inorgánico cuando los organismos rompen los compuestos orgánicos durante la respiración. La descomposición de los desechos y los organismos muertos también liberan dióxido de carbono.
A veces, el carbono se involucra en vías más largas. No todas las plantas y animales muertos se descomponen. Algunos están comprimidos bajo tierra por largos períodos. Allí se convierten en combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas. El carbono atrapado en estas formas se retira de la circulación en el ciclo del carbono durante mucho tiempo (millones de años). Cuando los humanos queman combustibles fósiles, devuelven estos átomos de carbono al ciclo del carbono.
Ciclo del nitrógeno
El nitrógeno es un elemento esencial en las proteínas y los ácidos nucleicos. Sin embargo, el gas nitrógeno (N2), que constituye el 78% del aire, no es una forma de nitrógeno que pueda ser utilizada por la mayoría organismos. Antes debe darse el proceso de fijación.
La fijación, es el primer paso en el ciclo del nitrógeno. Los rayos provocan cierta fijación de nitrógeno. Sin embargo, la mayor parte de la fijación del nitrógeno la realizan microorganismos como las cianobacterias, algunas bacterias del suelo de vida libre, y Las bacterias que viven simbióticamente con ciertas plantas. Ellas convierten el nitrógeno gaseoso en iones de amonio (NH4+) y lo liberan en el suelo, el agua o en las raíces de sus plantas huésped.
Los iones de amonio también se producen por amonificación. Los aminoácidos de los desechos animales y organismos muertos, son convertidos por bacterias en iones de amonio.
Aunque algunas plantas pueden usar iones de amonio directamente, otras pueden usar nitrógeno solo en forma de nitratos (N03-). Las bacterias nitrificantes convierten los iones de amonio en iones de nitrato, que son liberados en el suelo. La nitrificación ocurre en dos pasos. Un grupo de bacterias convierte NH4+ en nitrito (NO2-). Un segundo grupo convierte (NO2-) en N03-. Las plantas luego usan nitratos para sintetizar aminoácidos y proteínas. Los animales toman nitrógeno utilizable, por comiendo plantas o animales que han comido plantas.
Algunos iones de amonio liberados a través de la amonificación son usados nuevamente por las plantas. Algunos se convierten en nitrato. Las bacterias desnitrificantes convierten algo de nitrato en gas nitrógeno, que se libera en el aire. Figura 2. El científico alemán Fritz Haber contribuyó a la fijación antropogénica del nitrógeno, mediante la creación de los fertilizantes.
Ciclo de oxígeno
Al igual que el carbono y el nitrógeno, el oxígeno circula entre la atmósfera y los seres vivos. El oxígeno se usa en la respiración celular. La glucosa reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono, agua y energía durante este proceso. Agua generada por este proceso se libera como vapor. El vapor de agua entra al ciclo del agua.
Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono y el agua reaccionan en presencia de energía solar para producir glucosa y oxígeno. La liberación de oxígeno gaseoso al aire completa el ciclo de oxígeno.
Aquí puede leer a cerca del ciclo de agua. Otro de los ciclos de la materia.
Taller de lectura
- ¿Cuál es el fin de los ciclos de la materia en la naturaleza?
- ¿Cómo existe el carbono en su forma inorgánica?
- ¿Qué función cumple la fotosíntesis, en el ciclo del carbono?
- ¿Cuándo vuelve el carbono a su estado inorgánico?
- Nombre dos combustibles fósiles y diga como participan en el ciclo del carbono.
- Nombre los microorganismos que participan en la fijación del nitrógeno y diga en qué lo convierten.
- ¿Qué función tienen las bacteria nitrificantes?
- Describa los pasos de la nitrificación.
- ¿Para qué usan las plantas los nitratos?
- ¿Qué función tienen las bacterias desnitrificantes?
- ¿Cómo utilizan las células el oxígeno durante la respiración?
- ¿Qué relación tiene la fotosíntesis con el ciclo del oxígeno?
- Copie las figuras 1 y 2 que muestran algunos ciclos de la materia.