Gases atmosféricos importantes
¿Cuándo fue la última vez que pensó en la atmósfera terrestre? Puede que no lo tengas mucho en mente. Realmente no podemos ver la atmósfera. Respiramos aire de la atmósfera porque nuestro cerebro le dice a nuestro cuerpo que lo haga sin que nos demos cuenta. Pero probablemente no pensamos mucho en los gases importantes que existen. Entonces, tomemos un momento para considerarlos.
Sabemos que hay oxígeno flotando por ahí, ya que debemos inhalarlo para sobrevivir. También está el dióxido de carbono, que es un gas que exhalamos como producto de desecho. Pero, ¿sabe qué gas constituye casi el 80% de la atmósfera terrestre? Puede que le sorprenda que la respuesta sea nitrógeno gaseoso o N2.
El nitrógeno es un elemento esencial para los organismos vivos. La mayor parte del nitrógeno de la tierra se encuentra en el aire. Sin embargo, a diferencia del gas oxígeno, la mayoría de las criaturas vivientes no pueden tomar nitrógeno de la atmósfera y utilizarlo en sus cuerpos según sea necesario. Afortunadamente, existe un proceso llamado fijación de nitrógeno que se encarga de esto. En esta lección, veremos las tres formas en que el nitrógeno de la atmósfera se ‘fija’ para que las plantas y los animales puedan usar este elemento tan importante.
¿Para qué se utiliza el nitrógeno?
Antes de analizar los detalles de la fijación de nitrógeno, echemos un vistazo a por qué los organismos vivos necesitan nitrógeno en primer lugar. El nitrógeno es un componente importante para todos los seres vivos. Los aminoácidos , que son compuestos que forman las proteínas, contienen nitrógeno como uno de sus componentes moleculares. El nitrógeno también es un factor clave en el ADN y el ARN , que son los planos genéticos de todos los organismos vivos del planeta. La vida tal como la conocemos simplemente no podría existir sin la presencia de nitrógeno.
Con tanto nitrógeno flotando en nuestra atmósfera, parecería que deberíamos poder simplemente inhalarlo para que nuestro cuerpo lo use, como el oxígeno. Pero este no es el caso. Como se mencionó anteriormente, el nitrógeno se encuentra en nuestra atmósfera en forma de gas o N2. Esto significa que hay dos átomos de nitrógeno unidos entre sí. El enlace entre esos átomos es muy fuerte y los organismos no tienen los medios para romper ese enlace para usar átomos de nitrógeno individuales. Aquí es donde entra en juego la fijación de nitrógeno.
Una descripción general de la fijación de nitrógeno
La fijación de nitrógeno es una forma elegante de decir que los átomos de nitrógeno en N2 se rompen y luego se convierten en otros compuestos que pueden ser utilizados por organismos vivos. Veamos un ejemplo común de algunos otros elementos que deben cambiarse para que podamos usarlos. La sal de mesa, NaCl, está hecha de sodio (Na) y cloro (Cl). Por sí mismos, estos nunca serían elementos que ingeriríamos. El sodio es un metal blando y el cloro es un gas muy venenoso. Sin embargo, cuando se combinan con el compuesto NaCl, forman una sustancia que ingerimos a diario.
Para que los organismos utilicen nitrógeno, primero debe incorporarse en compuestos que sean utilizables. Estos incluyen amoníaco (NH3) y nitratos (NO3) . Una vez convertidas, las plantas pueden absorber estos compuestos nitrogenados a través de sus raíces y utilizarlos en sus tallos y hojas. Luego, los animales comen las plantas y pueden utilizar el nitrógeno dentro de sus cuerpos. ¿Cómo ocurre esta fijación de nitrógeno?
Tres formas de fijación de nitrógeno
Fijación por rayo
Hay tres formas principales en las que se fija el nitrógeno atmosférico. El primero que discutiremos es la fijación por un rayo . Ahora bien, esto puede parecer sacado de una película de ciencia ficción. Pero en realidad, un relámpago que atraviesa la atmósfera tiene un efecto profundo sobre el gas nitrógeno. La enorme energía proporcionada por el relámpago destruye el N2, permitiendo que los átomos de nitrógeno se recombinen con el oxígeno atmosférico. Se forman nitratos (NO3), que luego se disuelven en el agua de lluvia. Cae al suelo y se libera en el suelo para ser utilizado fácilmente por plantas y microorganismos.
Fijación industrial
La segunda forma en que se fija el nitrógeno atmosférico es mediante la fijación industrial . Esta es la fijación de nitrógeno provocada por el hombre. El nitrógeno se puede fijar en un laboratorio combinando N2 con hidrógeno (H) a altas temperaturas y bajo gran presión. El enlace entre los átomos de nitrógeno se rompe y los átomos se recombinan con hidrógeno para formar amoníaco. Este amoníaco se usa luego como ingrediente clave en fertilizantes, que se usa en cultivos.
Fijación biológica
El último proceso de fijación de nitrógeno es la fijación biológica . Esto sucede con la ayuda de microorganismos del suelo como las bacterias. Este proceso representa aproximadamente el 60% de toda la fijación de nitrógeno. Ciertas bacterias que viven en el suelo poseen una enzima importante llamada nitrogenasa. La nitrogenasa tiene la capacidad de convertir N2 en amoníaco (NH3) agregando hidrógeno. Quizás recuerde que romper esa molécula de N2 requiere mucha energía. La bacteria usa una fuente de energía llamada ATP para que eso suceda. Dentro del suelo, se agrega un hidrógeno adicional al amoníaco para producir amonio (NH4), que es absorbido por las plantas.
Existe otra forma única de fijación biológica de nitrógeno que ocurre con los miembros de la familia de las leguminosas . Las legumbres son plantas como frijoles, guisantes y soja. Tienen raíces con crecimientos especializados en ellos llamados nódulos. Las bacterias fijadoras de nitrógeno en realidad hacen su hogar dentro de estos nódulos. Como un inquilino, la bacteria vive dentro del nódulo y paga «renta» fijando nitrógeno para la planta. La planta proporciona alojamiento y comida, incluidas las fuentes de alimento para las bacterias. Esta relación simbiótica funciona muy bien para ambos.
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Resumen de la lección
La fijación de nitrógeno es el proceso mediante el cual el gas nitrógeno de la atmósfera se convierte en diferentes compuestos que pueden ser utilizados por plantas y animales. Hay tres formas principales en las que esto sucede: primero, por un rayo; segundo, por métodos industriales; finalmente, por bacterias que viven en el suelo. El nitrógeno es absorbido por las raíces de las plantas y los organismos que se alimentan de las plantas pueden usar el nitrógeno para construir aminoácidos y proteínas.
Los resultados del aprendizaje
Cuando haya terminado, debería poder:
- Explica por qué las plantas y los animales necesitan nitrógeno.
- Resumir el proceso de fijación de nitrógeno
- Discutir las tres formas de fijación de nitrógeno.
Continúa con:
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