8 НАЈВАЖНИЈИХ БИОГЕОХЕМИЈСКИХ ЦИКЛУСА (ОПИС) - БИОЛОГИЈА - 2025

У биогеохемијске циклусе обухватају пут пратио различите хранљиве материје или елементе који су део органских бића. Овај транзит се догађа унутар биолошких заједница, како у биотским тако и у абиотским ентитетима који га чине.

Хранљиви састојци су грађевни блокови који чине макромолекуле и они су класификовани према количини која је живом бићу потребна у макрохрањивим састојцима и микронутријентима.

Извор: пикабаи.цом

Живот на планети Земљи датира око 3 милијарде година, где се исти базен хранљивих материја рециклирао изнова и изнова. Резерва храњивих састојака налази се у абиотским компонентама екосистема, попут атмосфере, камења, фосилних горива, океана, између осталог. Циклуси описују путеве хранљивих састојака из ових резервоара, преко живих бића, и натраг до резервоара.

Утицај људи није прошао незапажено у транзиту хранљивих материја, јер су антропогене активности - нарочито индустријализација и усеви - променили концентрацију, а самим тим и равнотежу циклуса. Ови поремећаји имају важне еколошке последице.

Даље ћемо описати пролазак и рециклирање најистакнутијих микро и макронутријената на планети, и то: воде, угљеника, кисеоника, фосфора, сумпора, азота, калцијума, натријума, калијума, сумпора.

Шта је биогеохемијски циклус?

Ток енергије и хранљивих материја

Периодична табела се састоји од 111 елемената, од којих је само 20 неопходних за живот и због биолошке улоге се називају биогенетским елементима. На овај начин, организмима су потребни ти елементи и такође енергија за одржавање.

Постоји проток ове две компоненте (хранљиве материје и енергије) који се постепено преноси кроз све нивое прехрамбеног ланца.

Међутим, постоји битна разлика између два тока: енергија тече само у једном правцу и неисцрпно улази у екосустав; док се храњиве материје налазе у ограничавајућим количинама и крећу се у циклусима - који поред живих организама укључују и абиотске изворе. Ови циклуси су биогеохемикалије.

Општа шема биогеохемијског циклуса

Израз биогеохемијски настаје сједињењем биолошког грчког коријена што значи живот и гео што значи земља. Стога биогеохемијски циклуси описују путање тих елемената који су део живота, између биотских и абиотских компоненти екосистема.

Како су ови циклуси изузетно сложени, биолози обично описују њихове најважније фазе, које се могу сумирати као: место или резервоар предметног елемента, његов улазак у живе организме - углавном примарне произвођаче, праћен његовим континуитетом кроз ланац трофична и на крају реинтеграција елемента у резервоару захваљујући организмима који се распадају.

Ова шема ће се користити за описивање пута сваког елемента за сваку поменуту фазу. У природи, ови кораци захтевају одговарајуће модификације у зависности од сваког елемента и трофичке структуре система.

Микроорганизми играју виталну улогу

Важно је истакнути улогу микроорганизама у тим процесима, јер захваљујући реакцијама редукције и оксидације, они омогућавају храњивим састојцима да поново уђу у циклусе.

Студија и апликације

Студирање циклуса је изазов за екологе. Иако се ради о екосуставу чији је обод ограничен (на пример, језеро), постоји стални ток размене материјала са околином која их окружује. То јест, осим што су сложени, ови циклуси су повезани међусобно.

Једна од кориштених методологија је означавање радиоактивним изотопима и праћење елемената абиотским и биотичким компонентама система испитивања.

Проучавање како функционише рециклирање хранљивих материја и у каквом је стању маркер еколошке важности, што нам говори о продуктивности система.

Класификације биогеохемијских циклуса

Не постоји ниједан начин за класификацију биогеохемијских циклуса. Сваки аутор предлаже одговарајућу класификацију на основу различитих критеријума. У наставку ћемо представити три кориштене класификације:

Микро и макрохрањива

Циклус се може класификовати према елементу који се мобилише. Макрохрањива су елементи који у органским бићима користе у значајним количинама, и то: угљеник, азот, кисеоник, фосфор, сумпор и вода.

Остали елементи потребни су само у малим количинама, попут фосфора, сумпора, калијума, између осталог. Поред тога, микрохрањива се одликује по прилично ниској покретљивости у системима.

Иако се ови елементи користе у малим количинама, они су и даље витални за организме. Ако недостаје храњиво средство, то ће ограничити раст живих бића која настањују у дотичном екосистему. Стога су биолошке компоненте станишта добар показатељ за утврђивање ефикасности кретања елемената.

Седиментни и атмосферски

Нису сва храњива састојка у истој количини или су организамима лако доступна. А то углавном зависи од извора и абиотског резервоара.

Неки аутори их сврставају у две категорије, зависно од кретања елемента и резервоара у: седиментни и атмосферски циклус.

У првом, елемент се не може преместити у атмосферу и накупља се у земљи (фосфор, калцијум, калијум); док се ови састоје од гасних циклуса (угљеник, азот итд.)

У атмосферским циклусима елементи су смештени у доњем слоју тропосфере и доступни су појединцима који чине биосферу. У случају седиментних циклуса, ослобађање елемента из његовог резервоара захтева дејство фактора из окружења, попут сунчевог зрачења, дејства коријена биљке, кише, између осталог.

У одређеним случајевима, један екосустав можда неће имати све потребне елементе за комплетан циклус. У тим случајевима, други суседни екосустав може бити добављач недостајућег елемента, повезујући на тај начин више регија.

Локално и глобално

Трећа класификација која се користи је скала на којој се проучава локација, која може бити у локалном станишту или широм света.

Ова класификација је уско повезана са претходном, јер елементи са атмосферским резервама имају широку дистрибуцију и могу се разумети на глобалном нивоу, док су елементи седиментне резерве и имају ограничен капацитет кретања.

Водени циклус

Улога воде

Вода је витална компонента за живот на земљи. Органска бића сачињена су од великих удјела воде.

Ова супстанца је посебно стабилна, што омогућава одржавање одговарајуће температуре унутар организама. Поред тога, то је окружење у коме се одвија огромна количина хемијских реакција унутар организама.

Коначно, то је скоро универзално растварач (аполарни молекули се не растварају у води), који омогућава формирање инфинитива раствора са поларним растварачима.

Резервоар

Логично, највећи резервоар воде на земљи су океани, где налазимо скоро 97% укупне планете и покривамо више од три четвртине планете на којој живимо. Преостали проценат представљају реке, језера и лед.

Мотори хидролошког циклуса

Постоји низ физичких сила које покрећу кретање виталне течности кроз планету и омогућавају јој да спроведе хидролошки циклус. Ове силе укључују: соларну енергију, која омогућава да вода пређе из течног у гасовито стање, и гравитацију, која у облику кише, снега или росе одводи молекуле воде назад на земљу.

Даље ћемо описати сваки од сљедећих корака:

(и) Испаравање: промена стања воде покреће се енергијом сунца и јавља се углавном у океану.

(ии) Падавине: вода се враћа у акумулације захваљујући оборинама на различите начине (снијег, киша, итд.) и одвозећи различите руте, било до океана, језера, земље, подземних наслага, између осталог.

У океанској компоненти циклуса процес испаравања превазилази падавине, што резултира нето добитком воде који одлази у атмосферу. Затварање циклуса догађа се кретањем воде подземним путевима.

Укључивање воде у жива бића

Значајан проценат тела живих бића сачињава вода. Код нас људи та вредност износи око 70%. Из тог разлога, део воденог циклуса се одвија унутар организама.

Биљке користе своје корење за добијање воде апсорпцијом, док га хетеротрофни и активни организми могу конзумирати директно из екосистема или у храни.

За разлику од циклуса воде, циклус осталих хранљивих материја укључује важне модификације у молекулама дуж њихових путања, док вода остаје практично непромењена (догађају се само промене стања).

Промене у воденом циклусу захваљујући људском присуству

Вода је један од највреднијих ресурса за људску популацију. Данас, недостатак виталне течности расте експоненцијално и представља проблем од глобалног значаја. Иако постоји велика количина воде, само мали део одговара слаткој води.

Један од недостатака је смањење доступности воде за наводњавање. Присуство асфалтних и бетонских површина смањује површину кроз коју би вода могла да продре.

Обимна поља узгајања такође представљају смањење у коријенском систему који одржава одговарајућу количину воде. Поред тога, системи за наводњавање уклањају огромне количине воде.

С друге стране, обрада соли и слатке воде је поступак који се изводи у специјализованим постројењима. Међутим, лечење је скупо и представља повећање нивоа опште контаминације.

Коначно, потрошња контаминиране воде представља главни проблем земаља у развоју.

Угљени циклус

Улога угљеника

Живот је направљен од угљеника. Овај атом је структурни оквир свих органских молекула који су део живих бића.

Угљен омогућава формирање врло променљивих и веома стабилних структура, захваљујући својству формирања једноструких, двоструких и троструких ковалентних веза са и са другим атомима.

Захваљујући томе може да формира скоро бесконачан број молекула. Данас је познато скоро 7 милиона хемијских једињења. Од овог великог броја, око 90% су органске материје, чија је структурна база угљеников атом. Чини се да је велика молекуларна свестраност елемента узрок његове обиља.

Резервоари

Циклус угљеника укључује више екосистема, наиме: копнена подручја, водена тијела и атмосферу. Од ова три резервоара угљеника, онај који се истиче као најважнији је океан. Атмосфера је такође важно резервоар иако је релативно мања.

На исти начин, сва биомаса живих организама представља важно резервоар ове хранљиве материје.

Фотосинтеза и дисање: централни процеси

У воденој и копненој регији средишња тачка рециклирања угљика је фотосинтеза. Овај процес изводе и биљке и низ алги које имају ензиматске машине потребне за тај процес.

Односно, угљен улази у жива бића када га ухвате у облику угљен диоксида и користе га као супстрат за фотосинтезу.

У случају фотосинтетских водених организама, унос угљен диоксида настаје директно интеграцијом раствореног елемента у водено тело - који се налази у много већој количини него у атмосфери.

Током фотосинтезе, угљеник из околине се уграђује у ткива тела. Супротно томе, реакције помоћу којих ћелијско дисање настају супротно: ослобађању угљеника који је у жива бића уграђен из атмосфере.

Укључивање угљеника у жива бића

Примарни потрошачи или биљоједи хране се произвођачима и одговарајуће количине угљеника складиштеног у њиховим ткивима. У овом тренутку, угљен се одвија на два начина: складишти се у ткивима ових животиња, а други део се ослобађа у атмосферу дисањем, у облику угљен-диоксида.

Тако угљеник наставља свој ток кроз цео прехрамбени ланац заједнице о којој је реч. У неком тренутку животиња ће умрети и њено тело ће се разградити од стране микроорганизама. Стога се угљендиоксид враћа у атмосферу и циклус се може наставити.

Алтернативни правци циклуса

У свим екосуставима - и зависно од организама који тамо обитавају - ритам циклуса варира. На пример, мекушци и други микроскопски организми који стварају живот у мору имају могућност да извлаче угљен диоксид растворен у води и комбинују га са калцијумом да би добили молекул који се зове калцијум карбонат.

Ово једињење биће део шкољки организама. Након што ови организми умру, њихове шкољке се постепено накупљају у наслагама која ће се, како време пролази, трансформисати у кречњак.

У зависности од геолошког контекста којем је водено тело изложено, кречњак може бити изложен и почети да се раствара, што резултира изливањем угљен-диоксида.

Други дугорочни пут у угљеничком циклусу везан је за производњу фосилних горива. У следећем одељку ћемо видети како сагоревање ових ресурса утиче на нормалан или природан ток циклуса.

Промене у угљениковом циклусу захваљујући људском присуству

Људи већ хиљадама година утичу на природни ток циклуса угљеника. Све наше активности - попут индустријских и крчења шума - утичу на ослобађање и изворе овог виталног елемента.

Конкретно, употреба фосилних горива утицала је на циклус. Када сагоревамо гориво, ми крећемо огромне количине угљеника који се налазио у неактивном геолошком резервоару у атмосферу, који је активни резервоар. Од прошлог века пораст емисије угљеника био је драматичан.

Испуштање угљен-диоксида у атмосферу је чињеница која директно утиче на нас, јер повећава температуру планете и један је од гасова познатих као гасови који изазивају ефекат стаклене баште.

Циклус азота

Циклус азота. Прерадио ИанЛебрел са слике Агенције за заштиту животне средине: хттп://ввв.епа.гов/маиа/хтмл/нитроген.хтмл, преко Викимедиа Цоммонс

Улога азота

У органским бићима налазимо азот у две његове основне макромолекуле: протеинима и нуклеинским киселинама.

Први су одговорни за широк спектар функција, од структуралних до транспортних; док су потоњи молекули задужени за чување генетских информација и преношење их у протеинима.

Поред тога, састојак је неких витамина који су витални елементи метаболичких путева.

Резервоари

Главна резерва азота је атмосфера. У овом простору налазимо да је 78% гасова присутних у ваздуху азотни гас (Н ₂ ).

Иако је битан елемент за жива бића, ни биљке ни животиње немају способност извлачења овог гаса директно из атмосфере - као што се то догађа, на пример, са угљен-диоксидом.

Доступни извори азота

Из тог разлога, азот се мора представити као асимибилни молекул. Односно, да је у смањеном или „фиксном“ облику. Пример за то су нитрати (НО ₃ ^- ) или амонијак (НХ ₃ )

Постоје бактерије које успостављају симбиотску везу са неким биљкама (попут махунарки), а у замену за заштиту и храну деле ова једињења азота.

Остале врсте бактерија такође производе амонијак користећи аминокиселине и друга азотна једињења која се складиште у лешевима и биолошком отпаду као супстрати.

Организови за фиксирање азота

Постоје две главне групе поправних средстава. Неке бактерије, плаво-зелене алге и актиномицецетске гљивице могу узети молекул гаса азота и укључити га директно као део својих протеина, ослобађајући вишак у облику амонијака. Овај процес се назива амонификација.

Друга група бактерија у земљи која је способна да преузме амонијак или амонијум-јон у нитрит. Овај други поступак се назива нитрификација.

Небиолошки процеси фиксирања азота

Постоје и небиолошки процеси способни да производе азотне оксиде, као што су електричне олује или пожари. У тим случајевима, азот се комбинује са кисеоником, дајући једињење које се може асимирати.

Процес фиксације азота карактерише споро, представља ограничавајући корак за продуктивност екосистема, како копнених тако и водених.

Уградња азота у жива бића

Једном када биљке пронађу резервоар азота у облику који се може асимирати (амонијак и нитрат), уграђују их у различите биолошке молекуле, наиме: аминокиселине, градивне блокове протеина; нуклеинске киселине; витамини; итд.

Када се нитрат угради у биљне ћелије, долази до реакције и он се смањује у амонијумски облик.

Молекули азота круже када се примарни потрошач храни биљкама и уноси азот у своје ткиво. Такође их могу конзумирати отпадни блато или организми који се распадају.

Тако се азот креће кроз цео ланац исхране. Значајан део азота се ослобађа заједно са лешевима који се распадају и који се распадају.

Бактерије које стварају живот у тлу и водним тијелима способне су да узму овај азот и претворе га натраг у супстанци.

То није затворени циклус

Након овог описа, чини се да је азотни циклус затворен и непрекидан. Међутим, то је само на први поглед. Постоје различити процеси који узрокују губитак азота, попут усјева, ерозије, присуства ватре, инфилтрације воде итд.

Други узрок се назива денитрификација и узрокује га бактерија која води процес. Када се налазе у окружењу без кисеоника, ове бактерије преузимају нитрате и смањују их, пуштајући их назад у атмосферу као гас. Овај догађај је чест на тлима чија дренажа није ефикасна.

Промене у азотном циклусу захваљујући људском присуству

Душикова једињења која користи човек доминирају у азотном циклусу. Ова једињења укључују синтетичка ђубрива која су богата амонијаком и нитратима.

Тај вишак азота је изазвао неравнотежу у нормалном путу једињења, посебно у промени биљних заједница, јер оне сада пате од прекомерне оплодње. Овај феномен се назива еутрофикација. Једна од порука овог догађаја је да пораст хранљивих састојака није увек позитиван.

Једна од најозбиљнијих последица ове чињенице је уништавање заједница шума, језера и река. Како не постоји одговарајућа равнотежа, неке врсте, које се називају доминантним врстама, прерасту и доминирају у екосуставу, смањујући разноликост.

Циклус фосфора

Улога фосфора

У биолошким системима фосфор је присутан у молекулама које називамо енергетским "кованицама" ћелије, као што је АТП, и у другим молекулама за пренос енергије, као што је НАДП. Присутан је и у молекулима наследности, и у ДНК и у РНК, и у молекулима који чине липидне мембране.

Такође игра структурне улоге, јер је присутан у коштаним структурама кичмењака, укључујући кости и зубе.

Резервоари

За разлику од азота и угљеника, фосфор се не налази као слободан гас у атмосфери. Његов главни резервоар су стијене, повезане са кисеоником у облику молекула названих фосфати.

Као што се може очекивати, овај процес одбацивања је спор. Због тога се фосфор сматра ретким хранљивим састојком у природи.

Укључивање фосфора у жива бића

Кад су географски и климатски услови погодни, стијене започињу процес ерозије или хабања. Захваљујући киши, фосфати почињу да се разблажавају и могу да их приме у корен биљака или у други низ примарних организама који производе.

Ова серија фотосинтетских организама је одговорна за уградњу фосфора у своја ткива. Полазећи од ових базалних организама, фосфор почиње свој транзит кроз трофичне нивое.

У свакој вези у ланцу, део фосфора излучују јединке које га чине. Када животиње умру, низ посебних бактерија преузима фосфор и убацује га назад у тло као фосфате.

Фосфати могу водити два пута: поново их апсорбирају аутотрофи или започињу акумулацију у седиментима да би се вратили у своје каменито стање.

Фосфор присутан у океанским екосистемима такође завршава у седиментима ових водних тијела, а дио њега могу апсорбирати његови становници.

Промене у циклусу фосфора због присуства човека

Присуство људи и њихових пољопривредних техника утиче на циклус фосфора на исти начин као што утиче и на циклус азота. Примена ђубрива производи несразмерно повећање хранљивих састојака, што доводи до еутрофикације подручја, што изазива неравнотеже у разноликости њихових заједница.

Процјењује се да је у посљедњих 75 година индустрија гнојива довела до пораста концентрације фосфора готово четири пута.

Циклус сумпора

Улога сумпора

Неке аминокиселине, амини, НАДПХ и коензим А су биолошки молекули који служе различитим функцијама у метаболизму. Сви садрже сумпор у својој структури.

Резервоари

Акумулације сумпора су веома разнолике, укључујући водена тијела (свјежа и сол), земаљска окружења, атмосферу, стијене и седименте. Налази се углавном као сумпор диоксид (СО ₂ )

Укључивање сумпора у жива бића

Из резервоара сулфат почиње да се раствара и прве везе у ланцу хране могу да га ухвате као јон. Након реакција редукције, сумпор је спреман да се угради у протеине.

Једном уграђен, елемент може наставити свој пролазак кроз прехрамбени ланац, све до смрти организама. Бактерије су одговорне за испуштање сумпора заробљеног у лешеве и отпад, те га враћају у околиш.

Кисеонички циклус

Кисеонички циклус. Еме Цхицано, са Викимедиа Цоммонс

Улога кисеоника

За организме са аеробним и факултативним дисањем, кисеоник представља акцептор електрона у метаболичким реакцијама које су укључене у овај процес. Стога је од виталног значаја да се добије добијање енергије.

Резервоари

Атмосфера је најважнија резервоар кисеоника на планети. Присуство овог молекула даје овом региону оксидативни карактер.

Укључивање кисеоника у жива бића

Као и у угљеничком циклусу, ћелијско дисање и фотосинтеза су два кључна метаболичка пута која оркестрирају путању кисеоника на планети Земљи.

У процесу дисања животиње узимају кисеоник и стварају угљен диоксид као отпадни производ. Кисеоник потиче из метаболизма биљака, који заузврат може уградити угљени диоксид и користити га као супстрате за будуће реакције.

Калцијум циклус

Резервоари

Калцијум се налази у литосфери, утканом у седименте и стијене. Ове стене могу бити резултат фосилизације морских животиња чије су спољне структуре биле богате калцијумом. Такође се налази у пећинама.

Уградња калцијума у ​​жива бића

Киша и други климатски догађаји узрокују ерозију камења који садржи калцијум, изазивајући његово ослобађање и омогућавајући живим организмима да их апсорбују у било којем тренутку у ланцу хране.

Овај храњиви састојак ће се уградити у живо биће, а у тренутку његове смрти бактерије ће извести релевантне реакције распадања које постижу ослобађање овог елемента и континуитет циклуса.

Ако се калцијум испушта у водно тело, може се задржати на дну и формирање стијена поново започиње. Помјерање подземних вода такође игра важну улогу у мобилизацији калцијума.

Иста логика важи за циклус калијум-јона који се налази у глиненим тлима.

Натријум циклус

Улога натријума

Натријум је јон који врши више функција у телу животиња, као што су нервни импулс и контракције мишића.

Резервоар

Највећи резервоар натријума налази се у лошој води, где је растворен у облику јона. Не заборавите да је обична со формирана сједињењем натријума и хлора.

Укључивање натријума у ​​жива бића

Натријум углавном узимају организми који стварају живот у мору, који га апсорбују и могу пренијети на копно, било водом или храном. Јон може да путује растворен у води, следећи путању описану у хидролошком циклусу.

Референце

1. Берг, ЈМ, Стриер, Л. и Тимоцзко, ЈЛ (2007). Биохемија. Преокренуо сам се.
2. Цампбелл, МК, и Фаррелл, СО (2011). Биохемија. Тхомсон. Броокс / Цоле.
3. Церезо Гарциа, М. (2013). Основе основне биологије. Публикације Университат Јауме И.
4. Девлин, ТМ (2011). Уџбеник биохемије. Јохн Вилеи & Сонс.
5. Фрееман, С. (2017). Биолошка наука. Пеарсон Едуцатион.
6. Галан, Р., и Торронтерас, С. (2015). Темељна и здравствена биологија. Елсевиер
7. Гама, М. (2007). Биологија: конструктивистички приступ. (Том 1). Пеарсон Едуцатион.
8. Коолман, Ј., и Рохм, КХ (2005). Биохемија: текст и атлас. Панамерицан Медицал Ед.
9. Мацарулла, ЈМ, & Гони, ФМ (1994). Људска биохемија: основни курс. Преокренуо сам се.
10. Молдовеану, СЦ (2005). Аналитичка пиролиза синтетичких органских полимера (Вол. 25). Елсевиер.
11. Мооре, ЈТ, и Ланглеи, РХ (2010). Биохемија за лутке. Јохн Вилеи & Сонс.
12. Моугиос, В. (2006). Вежба биохемију. Хуман Кинетицс.
13. Муллер-Естерл, В. (2008). Биохемија. Основе медицине и наука о животу. Преокренуо сам се.
14. Поортманс, ЈР (2004). Принципи биохемије вежби. 3 ^Рд , измењено и допуњено издање. Каргер.
15. Теијон, ЈМ (2006). Основе структурне биохемије. Редакција Тебар.
16. Урдиалес, БАВ, дел Пилар Гранилло, М., и Домингуез, МДСВ (2000). Општа биологија: живи системи. Групо едитор Патриа.
17. Валлеспи, РМЦ, Рамирез, ПЦ, Сантос, СЕ, Моралес, АФ, Торралба, МП и Дел Цастилло, ДС (2013). Главна хемијска једињења. Редакција УНЕД.
18. Воет, Д. и Воет, ЈГ (2006). Биохемија. Панамерицан Медицал Ед.