Bio 47- Ciclos Biogeoquímicos

Ciclo do nitrogênio

É preciso que o N2 atmosférico seja convertido em formas químicas que possam ser utilizadas pelos seres vivos, como amônia (NH3) e íons nitrato (NO3–). Essa transformação é denominada fixação de nitrogênio. Certas bactérias (Azotobacter, Rhizobium, cianobactérias) possuem a enzima nitrogenase e, por isso, conseguem incorporar o N2 da atmosfera, metabolizá-lo e fixá-lo sob a forma de amônia (NH3). Essa conversão do N2 em NH3, realizada por esses micro-organismos, é conhecida por fixação biológica de nitrogênio. Nos ecossistemas aquáticos, as cianobactérias são os principais fixadores de nitrogênio. No solo, existem bactérias fixadoras de nitrogênio de vida livre, como as do gênero Azotobacter, e bactérias fixadoras que vivem em associação mutualística com raízes de plantas leguminosas (soja, feijão, ervilha, alfafa, etc.), como é o caso das bactérias do gênero Rhizobium. As bactérias de vida livre fixam apenas o nitrogênio necessário para o seu próprio uso e liberam o nitrogênio fixado (sob a forma de amônia) somente quando morrem e sofrem o processo de decomposição. As bactérias que vivem em mutualismo com as raízes de leguminosas liberam para o solo parte do nitrogênio que fixam, recebendo das plantas os produtos da fotossíntese.

Ciclo do nitrogênio

Além da biofixação, outros processos naturais também são responsáveis pela liberação ou formação de amônia (NH3) no meio ambiente. É o caso de muitos animais que, por meio da excreção, liberam amônia para o meio ambiente, o que também ocorre quando há decomposição de cadáveres e restos orgânicos de animais e plantas. Essa decomposição que leva à produção de amônia recebe o nome de amonificação (amonização). Uma pequena parte dessa amônia é absorvida por algumas plantas; outra parte pode se combinar com a água existente no solo, formando hidróxido de amônio (NH4OH), que, ionizando-se, produz íons amônio (NH4+) e hidroxila (OH–). Embora a amônia seja tóxica para a maioria das plantas, os íons amônio podem ser absorvidos com segurança em baixas concentrações. A maior parte da amônia, entretanto, é oxidada e convertida em nitrato (NO3–), por meio de um processo denominado nitrificação, realizado por bactérias (Nitrosomonas, Nitrobacter) autótrofas quimiossintetizantes, que fazem a oxidação da amônia com a finalidade de liberar energia para a reação da quimiossíntese. Essas bactérias são ditas bactérias nitrificantes.

Ciclo do nitrogênio

Nitrificação (binary/octet-stream)

Além da nitrificação, os íons nitrato (NO3–) também podem ser produzidos naturalmente no ambiente, embora em menor escala, através da chamada fixação atmosférica de nitrogênio. Nesse tipo de fixação, que ocorre por ocasião de tempestades com raios, a descarga elétrica dos raios (relâmpagos) favorece a reação de N2 com O2, levando à produção de nitratos. A fixação atmosférica de nitrogênio também pode ser feita artificialmente por processos industriais na produção de fertilizantes (fixação industrial de nitrogênio).

Ciclo do nitrogênio

Os íons nitrato (NO3–) provenientes da nitrificação e da fixação abiótica são absorvidos pelas plantas. O nitrato é a forma pela qual a maior parte do nitrogênio é absorvida pelas raízes. As plantas utilizam o nitrato absorvido para a síntese de seus compostos orgânicos nitrogenados (aminoácidos, proteínas, etc.). Por meio da cadeia alimentar (nutrição),  os animais obtêm das plantas esses compostos nitrogenados, metabolizando-os e utilizando-os na síntese de suas proteínas e de outros compostos orgânicos nitrogenados. Nos animais, os compostos nitrogenados, em especial as proteínas, ao serem metabolizados, originam produtos de excreção, como a amônia, a ureia e o ácido úrico. São as chamadas excretas nitrogenadas e precisam ser eliminadas para o meio externo, pois, quando em altas concentrações no meio interno, tornam-se tóxicas para o organismo animal. Assim, através da excreção, os animais devolvem nitrogênio para o meio abiótico.

Ciclo do nitrogênio

A desnitrificação consiste na liberação do nitrogênio presente nos íons amônio, no nitrito, no nitrato ou na amônia. Esse processo é realizado por bactérias, como as da espécie Pseudomonas denitrificans. Essas bactérias desnitrificantes são anaeróbias facultativas; assim, quando não há disponibilidade de O2 no meio, passam a fazer a respiração anaeróbia, utilizando os compostos nitrogenados como aceptores finais de elétrons.

Ciclo Do Nitrogênio (binary/octet-stream)

Caption: : 1. Biofixação do N2; 2. Absorção de NH3 e NH4+ pelas plantas; 3. Nitrosação (1ª etapa da nitrificação); 4. Nitratação (2ª etapa da nitrificação); 5. Absorção de NO3– pelas plantas; 6. Cadeia alimentar (nutrição); 7. Excreção; 8. Decomposição; 9. Fixação abiótica de nitrogênio; 10. Desnitrificação.

Ciclo do cálcio

Os íons Ca2+ atuam na condução dos impulsos nervosos, na contração muscular e na coagulação sanguínea. A fonte primária de cálcio são as rochas calcárias que, ao sofrerem o desgaste pelas águas das chuvas e correntezas, liberam sais de cálcio para o solo. Parte desse cálcio do solo é absorvida pelas plantas terrestres e parte é levada para os rios e oceanos. Nesses ambientes, o cálcio dissolvido na água pode ser absorvido pelas plantas aquáticas, como também ingerido pelos animais. Uma parte, entretanto, sedimenta-se no fundo dos rios e mares, formando rochas calcárias. Caso ocorra uma elevação do terreno, essas rochas afloram à superfície e são, então, desgastadas por ação das águas das chuvas e das correntezas, liberando sais de cálcio no solo e recomeçando um novo ciclo. A participação dos seres vivos no ciclo do cálcio pode ser assim resumida: as plantas absorvem do solo ou da água os sais de cálcio, e os animais o obtêm através da cadeia alimentar. Com a decomposição dos animais e vegetais mortos, o cálcio retorna ao meio abiótico (solo e água).  

Ciclo do fósforo

A excreção dos animais e a decomposição de plantas e animais são processos que devolvem para o meio abiótico (solo e água) o fósforo que fazia parte da matéria orgânica. Parte do fósforo do solo é arrastada pelas chuvas para os rios, lagos e mares, onde se sedimenta, originando rochas fosfatadas (rochas ricas em minerais de fosfato). Após certo tempo, quando se elevarem em consequência de processos geológicos, essas rochas, agora na superfície, sofrerão lentamente a erosão (desgaste) pela água das chuvas, liberando no solo os fosfatos que, então, serão absorvidos pelas plantas que os utilizam para a produção de ATP, de ácidos nucleicos e de outros compostos. Através da cadeia alimentar, os fosfatos das plantas passam para os animais, que os utilizam da mesma forma que os vegetais. Os animais também podem obter sais fosfatados que estejam dissolvidos na água que bebem. Uma particularidade do ciclo do fósforo em relação aos ciclos vistos anteriormente (carbono, nitrogênio, oxigênio, água) é a ausência de fase gasosa, já que não são comuns os compostos gasosos contendo fósforo. Dessa forma, praticamente não há passagem pela atmosfera. Algum fósforo pode ser transportado em partículas de poeira, mas, em geral,  a atmosfera exerce um papel muito secundário no ciclo desse elemento.