El
AGUA, EL OXIGENO Y EL CARBONO VITAL EN LA VIDA DE LA NATURALEZA
Cualquier elemento que un organismo
necesite para vivir, crecer y reproducirse se llama nutrimento o nutriente. Los
organismos vivos necesitan de 30 a 40 elementos químicos, aunque el número y
tipos de estos elementos pueden variar con los distintos organismos. En
general, tales nutrientes se encuentran en diversos compuestos.
Los elementos requeridos por
los organismos en grandes cantidades se denominan macronutrientes. Son
ejemplos: el carbono,
oxígeno,
hidrógeno,
nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus
compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano,
y más de 95% de la masa de todos los organismos.
La mayor parte de las sustancias químicas
de la tierra
no ocurren en formas útiles para los organismos que viven en el planeta.
Afortunadamente, los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes para
la vida sobre la tierra,
son ciclados continuamente en vías complejas a través de las partes vivas y no
vivas convertidas en formas útiles por una combinación de procesos
biológicos, geológicos y químicos.
Este ciclamento de los nutrientes, tiene
lugar en los ciclos biogeoquímicos (literalmente, de la vida en la tierra, estos ciclos, activados directa
o indirectamente por la energía que proviene del Sol, incluyen los del carbono,
oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua.
Gracias a los ciclos biogeoquímicos es
posible que los elementos se encuentres disponibles para ser usados una y otra
vez por otros organismos; sin estos la vida se extinguiría.
EL
AGUA
El
agua no solo representa el 60 a 70% del peso corporal de los organismos vivos,
sino que es la fase continua de las
formas de vida.
Los
principales efectos que el ciclo del agua ejerce en el hombre y en la
naturaleza, se relacionan a su cualidad de ser un elemento vital, de manera que
es requerida para la alimentación, servicios básicos como electricidad e
higiene para el hombre y es importante también a la hora de querer regular la
temperatura, ya sea elevar o disminuirla, y en el desarrollo y el crecimiento
de plantas y animales en la naturaleza, además de brindarnos, junto a la
vegetación, hermosos paisajes en diversos lugares del planeta.
Toda
el agua de la Tierra forma la hidrosfera, que se distribuye en tres reservorios
principales: los océanos, los continentes y la atmósfera. Entre estos
reservorios existe una circulación continua. Alrededor del 70% de la superficie
del planeta está cubierta por las aguas de los océanos, lagos, ríos, arroyos,
manantiales y glaciares.
La energía solar incidente evapora el
agua de los mares y océanos, corrientes fluviales, lagos, suelo y vegetación,
hacia la atmósfera. Los vientos y masas de aire transportan este vapor acuoso
sobre varias partes de la superficie terrestre. La disminución de la temperatura
en partes de la atmósfera hacen que el vapor de agua se condense y forma gotas de
agua que al aumentar de tamaño puede caer como lluvia nieve o granizo
Parte del agua dulce que regresa a la
superficie de la tierra como precipitación atmosférica queda detenida en los
glaciares. Gran parte de ella se colecta en charcos y arroyos, y es descargada
en lagos y en ríos, que llevan el agua de regreso a los mares, completando el
ciclo. Este escurrimiento de agua superficial desde la tierra reabastece
corrientes y lagos, y también causa erosión
del suelo lo cual impulsa a varias sustancias químicas a través de porciones de
otros ciclos biogeoquímicos.
La
atmósfera posee un 21% de oxígeno, y es la reserva fundamental utilizable por
los organismos vivos. Además forma parte del agua y de todo tipo de moléculas
orgánicas
Todos
los seres vivos requieren de átomos de nitrógeno para la síntesis
de proteínas de una variedad de otras moléculas orgánicas esenciales. El aire,
que contiene 79% de nitrógeno, se utiliza como el reservorio de esta sustancia.
A pesar del gran tamaño del patrimonio de nitrógeno, a menudo es uno de los
ingredientes limitantes de los seres vivos agricultura.
El ciclo del oxígeno está estrechamente vinculado al del carbono, ya que el proceso por el cual el carbono es asimilado por las plantas (fotosíntesis) da lugar a la devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que en el proceso de respiración ocurre el efecto contrario. Otra parte del ciclo natural del oxígeno con notable interés indirecto para los organismos vivos es su conversión en ozono.
EL CARBONO
Es
uno de los elementos más importantes de la naturaleza. Combinado con oxígeno
forma dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO).
El
carbono no es un elemento abundante, el oxígeno molecular representa el 20% de
la atmósfera terrestre. Aunque se puede presentar en su forma elemental como en
el grafito y en el diamante, la mayor parte de él se encuentra en forma
combinada, la vida tal como la conocemos se basa en los compuestos del carbono.
Este patrimonio
abastece las necesidades de todos los organismos terrestres respiradores y
cuando se disuelve en el agua, las necesidades de los organismos acuáticos. En
el proceso
de la respiración, el oxígeno actúa como aceptor final para los electrones
retirados de los átomos de carbono de los alimentos.
El producto
es agua. El ciclo se completa en la fotosíntesis
cuando se captura la energía de la luz
para alejar los electrones respecto de los átomos de oxígeno de las moléculas
de agua.
Por cada molécula de oxígeno utilizada en
la respiración celular, se libera una molécula de bióxido de carbono.
Inversamente, por cada molécula de bióxido de carbono absorbida en la fotosíntesis,
se libera una molécula de oxígeno.
EL NITRÓGENO
Aunque
el nitrógeno es abundante en la atmosfera, no está disponible para todos los
organismos y solo una pequeña cantidad se incorpora a los compuestos químicos de los seres vivos.
El nitrógeno es un elemento fundamental para la
formación de proteínas que son moléculas esenciales para todos los seres vivos.
Las proteínas se encuentran formadas por cadenas de aminoácido, las cuales
poseen un grupo amino, donde se encuentra el nitrógeno. La mayor parte de los
vegetales y animales puede utilizar oxigeno atmosférico, pero no así el
nitrógeno; solo las bacterias fijadoras de nitrógeno.
FIJACION DEL NITROGENO
ATMOSFERICO
Es la transformación del nitrógeno atmosférico
en nitratos y sales de amonio. El nitrógeno atmosférico puede fijarse de tres
formas:
v
Fijación atmosférica
v
Fijación industrial
v
Fijación bilógica
En
la fijación atmosférica ocurre cuando hay tormentas eléctricas, ya que los
relámpagos permiten que el nitrógeno gaseoso se una al oxígeno para formar
nitratos; estos se unen también a las moléculas de agua y forman ácido nítrico,
que se precipita al suelo con la lluvia y queda disponible para la planta en
forma de nitratos.
La necesidad de nitratos para la
fabricación de explosivos condujo al desarrollo
de un proceso industrial de fijación del nitrógeno. Hoy en día, la mayor parte
del nitrógeno fijado industrialmente se utiliza como fertilizante. Quizás un
tercio de toda la fijación del nitrógeno que hoy en día tiene lugar en la
biosfera se efectúa industrialmente.
Las bacterias son capaces de fijar el
nitrógeno atmosférico tanto para su huésped como para sí mismas. En efecto, la
capacidad para fijar nitrógeno parece ser exclusiva de los procariotas.
Otras bacterias fijadoras del nitrógeno
viven libremente en el suelo. También algunas algas verde-azules son capaces de
fijar en nitrógeno y desempeñan un papel importante en el mantenimiento
de la fertilidad en medios
semiacuáticos como campos de arroz.
A pesar de la amplia investigación
desarrollada, todavía no es claro de qué manera los fijadores del nitrógeno son
capaces de vencer las barreras de alta energía inherentes al proceso. Ellos
requieren de una enzima, llamada nitrogenasa, y un alto consumo
de ATP. Aunque el primer producto estable del proceso es el amoníaco, este es
incorporado rápidamente en las proteínas y en otros compuestos orgánicos que
contienen nitrógeno. Podemos decir, entonces, que la fijación del nitrógeno en
las proteínas de la planta (y de los microbios). Las plantas carentes de los
beneficios de la asociación con fijadores del nitrógeno, sintetizan sus
proteínas con fijadores de nitrógeno absorbido del suelo, generalmente en forma
de nitratos.
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