Азот нужен всем, но что касается незаменимых элементов, поддерживающих жизнь, это сложно. Живым существам необходим азот для функционирования их клеток, и, кроме того, мы буквально погружаемся в него, поскольку наша атмосфера на 78 процентов состоит из газообразного азота. Однако есть одна загвоздка: это ситуация «вода, вода повсюду, но ни капли для питья».
Хотя азот скрывается практически повсюду, его не так много в земной коре, и живым существам невероятно сложно улавливать атмосферный азот и использовать его для своих целей. Это как иметь полный карман исландских крон в Миннеаполисе, где вы не можете их потратить.
«Азот является основной частью аминокислот, которые являются строительными блоками белков и нуклеиновых кислот, таких как ДНК», - говорит Джесси Моутс, доктор философии. кандидат в Школе экологии Одума в Университете Джорджии, в электронном письме. «Помимо азота, необходимого для белков в растениях, он является основным компонентом хлорофилла, что делает его важным для фотосинтеза».
Азотный цикл
Поскольку азот является ограниченным ресурсом на этой планете, атом азота не проводит много времени в бездействии, когда он находится в форме, которую могут использовать живые существа. Ученые называют этот азот «фиксированным». Связанный азот поглощается растениями, которые поедаются животными, которые поедают других животных, которые умирают, разлагаются и выделяют азот обратно в экосистему для обработки бактериями или растениями. Это цикл атома азота на Земле, и его путешествие начинается либо очень тихо, либо с оглушительным взрывом.
Шаг 1: Фиксация азота
Хотите верьте, хотите нет, но молния и бактерии несут основную ответственность за превращение атмосферного азота в азот, который могут использовать живые существа. Атмосферный азот (N2) очень стабилен, поэтому требуется невероятное количество энергии, чтобы преобразовать его в другую форму. Если вы когда-нибудь задавались вопросом, почему ваши растения в открытом грунте кажутся более счастливыми после дождя, чем когда вы включаете на них разбрызгиватель, для этого есть причина: молния электризует атмосферный азот (N2) и воду (H2O), превращая их в аммиак (NH3) и нитраты (NO3). Он падает на землю в виде дождя, где растения глотают его и используют для своих биологических процессов.
С другой стороны, наиболее распространенный способ сделать азот доступным для организмов - это фиксация атмосферного азота бактериями, некоторые из которых свободно живут в почве, а другие находятся в симбиотических отношениях с некоторыми виды растений. Бобовые, такие как горох, клевер и арахис, имеют маленькие узелки на корнях, привлекающие бактерии, которые превращают стойкий атмосферный азот в аммиак или аммоний, который затем можно использовать для питания растения.
Шаг 2: Нитрификация
Аммиак в почве может использоваться непосредственно растениями, но это также первый шаг в процессе нитрификации, посредством которого специализированные бактерии и археи превращают аммиак в нитрит (NO2), а затем передают его полностью другой набор прокариот, которые далее окисляют нитрит в нитрат (NO3-). Этот процесс медленный, но именно так азот образуется в качестве питательного вещества в почве, водной и морской среде - например, наземные растения могут поглощать аммоний и нитраты через свои корневые волоски. Организмы, специализирующиеся на нитрификации, также важны для очистки городских сточных вод.
Шаг 3: Аммонификация
Все живое в конце концов умирает, и азот, который использовал конкретный организм, когда он квакал, берется в руки бактериями, которые превращают богатый азотом труп в аммоний, который может быть снова собран растениями и использован снова.
Шаг 4: Денитрификация
Биодоступный азот можно снова преобразовать в атмосферный азот, и этот процесс называется денитрификацией. Нитрификация осуществляется бактериями и археями, которые могут переносить кислород, но не все прокариоты. В случае денитрификации некоторые анаэробные бактерии, которым не нужен кислород, превращают нитраты в газообразный азот, который всплывает в атмосферу и становится труднодоступным, пока какая-нибудь молния или хитрая бактерия, фиксирующая азот, не вовлекает его в круговорот азота. еще раз.
Человек и азотный цикл
«Как и большинство естественных процессов, антропогенная деятельность нарушает круговорот азота из-за осаждения азота», - говорит Мотес. «Слишком много азота может привести к увеличению выбросов парниковых газов закиси азота, а также к эвтрофикации, то есть загрязнению источников воды азотом».
Интересно
Некоторое количество азота фиксируется при сжигании ископаемого топлива.