Nitrogen and Phosphorus Cycles

Ciclos de Nitrogênio e Fósforo

Introdução

  • A dificuldade de acessar nutrientes essenciais, como nitrogênio e fósforo, é um desafio constante para os organismos.

  • Nitrogênio e fósforo são cruciais, apesar de presentes em pequenas quantidades (3% de nitrogênio e 1% de fósforo no corpo humano).

Importância do Nitrogênio e Fósforo

  • Nitrogênio:

    • Essencial para aminoácidos, proteínas, DNA e RNA.

  • Fósforo:

    • Componente do ATP (adenosina trifosfato) e dos fosfolipídios nas membranas celulares.

Disponibilidade Biológica

  • Nitrogênio abundante na atmosfera, fósforo em rochas e água, mas nem sempre em formas biologicamente acessíveis.

  • Plantas desempenham um papel crucial na conversão desses elementos em formas utilizáveis.

O Ciclo do Nitrogênio

Desafios na Utilização do Nitrogênio

  • O nitrogênio gasoso (N₂) representa 78% da atmosfera.

  • A ligação tripla entre os átomos de nitrogênio dificulta a quebra da molécula.

  • Plantas conseguem assimilar nitratos, nitritos e amônio, mas não o N₂ diretamente.

Fixação de Nitrogênio

  • Bactérias fixadoras de nitrogênio:

    • Convertem N₂ em amônia (NH₃), que se transforma em amônio (NH₄⁺) ao misturar-se com água.

    • Realizam esse processo através da enzima nitrogenase.

    • Presentes no solo, água e em simbiose com raízes de leguminosas (soja, trevo, amendoim, kudzu).

  • Decompositoras:

    • Fungos, protistas e outras bactérias decompõem proteínas e DNA de organismos mortos, liberando amônia.

  • Bactérias nitrificantes:

    • Convertem amônia em nitratos (NO₃⁻) e nitritos (NO₂⁻), formas mais fáceis de assimilar pelas plantas.

  • Relâmpagos:

    • A energia dos relâmpagos pode quebrar as ligações do nitrogênio.

  • Humanos:

    • Desenvolveram processos para fixar nitrogênio sinteticamente, resultando em fertilizantes.

Processo Contínuo

  • Nitrogênio orgânico é incorporado na cadeia alimentar através do consumo de plantas por animais.

  • Decompositores liberam amônia a partir de resíduos e organismos mortos.

  • Bactérias desnitrificantes convertem óxidos de nitrogênio de volta em N₂.

    • Essas bactérias utilizam a enzima nitrato redutase para realizar o processo.

    • O N₂ é então liberado de volta na atmosfera.

Principais Aspectos do Ciclo

  • Bactérias são fundamentais na quebra das ligações triplas do N₂.

  • Plantas são essenciais na incorporação do nitrogênio para a cadeia alimentar.

  • O nitrogênio é abundante, mas sua utilização requer processos específicos.

O Ciclo do Fósforo

Características Únicas

  • Não envolve a atmosfera.

  • Presente na litosfera (crosta terrestre), especialmente em rochas sedimentares formadas em antigos leitos oceânicos e lagos.

Processo de Disponibilização

  • Erosão de rochas libera fosfatos na água, que são assimilados por plantas.

  • Decompositores decompõem matéria orgânica, liberando fosfatos de volta no solo e na água.

  • Fosfatos são rapidamente reassimilados pelas plantas.

Ciclo Contínuo

  • Plantas absorvem fosfatos, animais consomem plantas, decompositores decompõem matéria orgânica, e os fosfatos retornam ao solo.

  • Em ecossistemas aquáticos, o fósforo circula entre algas, plâncton e peixes.

  • O ciclo biológico pode durar até 100.000 anos.

  • Sedimentação pode levar o fósforo para profundidades onde a decomposição é limitada.

  • A formação de rochas e o eventual afloramento por processos geológicos completam o ciclo.

Impacto Humano

Uso de Fertilizantes

  • A síntese de nitrogênio para fertilizantes foi desenvolvida por Fritz Haber durante a Primeira Guerra Mundial.

  • O uso excessivo de fertilizantes com nitrogênio e fósforo impacta ecossistemas globalmente.

Consequências Ambientais

  • A utilização excessiva de fertilizantes pode causar desequilíbrios ambientais.

  • A interferência humana nos ciclos naturais pode resultar em consequências negativas para o meio ambiente.