Cykl fosforowy: zrozum, jak to działa

Cykl biogeochemiczny fosforu powoduje coraz więcej ludzkich ingerencji

Cykl fosforowy

Aby najpierw zrozumieć, jak działa cykl fosforu, musisz znać jego główny składnik: fosfor (P). Fosfor to pierwiastek chemiczny, który bardzo łatwo reaguje z innymi. Z tego powodu nie występuje naturalnie bez połączenia z jakimś innym elementem. Jest też jednym z najważniejszych składników w przyrodzie - żeby dać wyobrażenie, zajmuje drugie miejsce (zaraz za wapniem) pod względem obfitości w tkankach ludzkich.

Funkcje w organizmie

W organizmach jest również niezbędnym składnikiem komórek, wchodząc w skład cząsteczek DNA i RNA. Niektóre z jego funkcji w organizmie to:

  • być częścią struktury kości i zębów (nadając im większą siłę);
  • uczestniczyć w reakcjach z cząsteczkami organicznymi utworzonymi przez wodór, tlen i węgiel (zwanymi glicydami);
  • działają na skurcze mięśni.
Niektóre z głównych węglowodanów to glukoza, sacharoza, skrobia i celuloza.

Najprostszy

Cykl biogeochemiczny (nazywany tak, ponieważ obejmuje zarówno chemiczną, geologiczną, jak i biologiczną część ekosystemu) fosforu uważany jest za jeden z najprostszych, a wynika to z faktu, że pierwiastek ten nie występuje w atmosferze, a zamiast tego jest ponadto składnik skał skorupy ziemskiej. Z tego powodu jego cykl nie jest klasyfikowany jako atmosferyczny, jak ma to na przykład miejsce w przypadku obiegu azotu. W tym przypadku jest klasyfikowany jako osadowy.

Innym powodem, dla którego można go uznać za najprostszy cykl biogeochemiczny, jest to, że jedynym związkiem fosforu naprawdę ważnym dla istot żywych jest fosforan, składający się z połączenia atomu fosforu z trzema atomami tlenu (PO43-).

Grupy fosforanowe

W odniesieniu do żywych komórek ważną funkcją grup fosforanowych jest ich rola jako magazyn energii. Energia ta jest przechowywana w wiązaniach chemicznych cząsteczek ATP, trifosforanu adenozyny, z metabolizmu (lub rozpadu) cząsteczek węglowodanów; proces, który generuje energię. Ta zmagazynowana energia może być następnie przekazana do przeprowadzenia dowolnego procesu komórkowego.

Te same grupy fosforanowe są również zdolne do aktywacji i dezaktywacji enzymów komórkowych, które katalizują różne reakcje chemiczne. Ponadto fosfor jest również ważny dla tworzenia cząsteczek zwanych fosfolipidami, które są głównymi składnikami błon komórkowych; błony otaczające komórki na zewnątrz z trzema głównymi funkcjami: powlekanie, ochrona i selektywna przepuszczalność (wybiera, które substancje wchodzą do komórki i opuszczają ją).

Cykl

cykl meczu

Głównym rezerwuarem fosforu w przyrodzie są skały, które są z nich uwalniane jedynie w wyniku wietrzenia. Wietrzenie to zespół zjawisk (fizycznych, chemicznych lub biologicznych), które prowadzą do rozpadu i zmiany składu chemicznego i mineralogicznego skał, przekształcając je w glebę i uwalniając fosforan.

Ponieważ jest związkiem rozpuszczalnym, łatwo przenosi się do rzek, jezior i oceanów w procesie ługowania (rozpuszczanie chemicznych składników skały, minerału lub gleby w wyniku działania cieczy, takiej jak deszcz) lub jest wbudowywany w organizmy żywy.

To inkorporacja zachodzi w roślinach poprzez wchłanianie fosforanu przez glebę. Dlatego jest wykorzystywany przez organizmy do tworzenia organicznych związków fosforanowych, które są niezbędne do życia (odtąd nazywany jest fosforanem organicznym). W organizmach zwierzęcych fosforan przedostaje się poprzez bezpośrednie pobranie wody oraz poprzez biomagnifikację (proces, w którym stężenie związku wzrasta wzdłuż łańcucha pokarmowego).

Rozkład materii organicznej przez rozkładające się organizmy powoduje powrót fosforanu organicznego do gleby i wody w postaci nieorganicznej.

Z kolei mikroorganizmy występujące w glebie odgrywają ważną rolę w cyklu fosforu i jego dostępności dla roślin poprzez następujące czynniki:

  1. Włączenie fosforu do mikroorganizmów organicznych;
  2. Solubilizacja nieorganicznego fosforu;
  3. Związek między roślinami i grzybami;
  4. Mineralizacja organicznego fosforu.

Włączenie fosforu do mikroorganizmów organicznych

Po włączeniu fosforu do organizmów żywych można go unieruchomić, czyli „utknąć”, aw tym czasie cykl tych cząsteczek zostaje przerwany. Jego uwolnienie, aby cykl mógł być kontynuowany, może nastąpić poprzez następujące zjawiska:
  • Rozerwanie komórek drobnoustrojów;
  • Zmiany klimatyczne i zarządzanie glebą;
  • Interakcje z mikrofauną, która podczas żerowania na mikroorganizmach uwalnia do gleby różne składniki odżywcze.

Wprowadzenie fosforu do żywych organizmów ma pewne zalety. Na przykład w procesie tym unika się jego długotrwałego wiązania w minerałach gleby (z których zostałby usunięty jedynie przez wietrzenie), zwiększając efektywność nawożenia fosforanem.

Solubilizacja nieorganicznego fosforu

Bakterie i grzyby, w tym mikoryza, wydzielają kwasy organiczne, które działają poprzez bezpośrednie rozpuszczanie nieorganicznego fosforu.

  • Wiele mikroorganizmów glebowych jest opisanych jako zdolne do rozpuszczania różnych rodzajów fosforytów;
  • Największym mechanizmem solubilizacji jest działanie kwasów organicznych syntetyzowanych przez bakterie.
  • Te kwasy produkowane przez organizmy są świetnymi generatorami jonów H +, które są zdolne do rozpuszczania mineralnego fosforanu i udostępnienia go roślinom.

Związek między roślinami i grzybami

Występuje poprzez mikoryzy, które są bakteriami związanymi z korzeniami roślin, które sprzyjają mutualizmowi między korzeniami roślin a grzybami glebowymi, dzięki czemu roślina dostarcza grzybom energię i węgiel poprzez fotosyntezę, a one wracają sprzyja wchłanianiu mineralnych składników odżywczych i przenoszeniu ich do korzeni roślin.

Mineralizacja organicznego fosforu

Oprócz fosforu zawartego w drobnoustrojach organicznych rola mikroorganizmów i grzybów solubilizujących fosforany związanych z korzeniami, produkcja enzymów przez niektóre mikroorganizmy i rośliny jest odpowiedzialna za mineralizację fosforu organicznego, który jest przekształcany w fosfor organiczny. fosfor nieorganiczny.

Znajdujący się w jeziorach i morzach fosfor może nie tylko zostać wchłonięty przez organizmy, ale również zostać włączony do skał, zamykając cykl.

Cykl fosforu jest zwykle długi. Pojedynczy atom może poddawać się cyklom nawet 100 tysięcy lat, dopóki nie osiądzie ponownie, tworząc skały. Fosfor może pozostawać związany z osadami przez ponad 100 milionów lat.

Problemy

Działalność człowieka w coraz większym stopniu zmienia naturalny cykl tego makroskładnika, czy to poprzez działania takie jak wydobycie czy szerokie stosowanie nawozów.

Nadmiar fosforu wypłukiwany do cieków wodnych zwiększa biodostępność tego składnika pokarmowego w środowisku wodnym, aw konsekwencji może intensyfikować rozwój glonów. Na przykład rosnąca liczba glonów w jeziorze zmniejsza ilość światła, które przenika do tego środowiska (drastycznie zmniejszając strefę troficzną), szkodząc innym lokalnym organizmom. Proces ten nazywamy eutrofizacją (więcej o wpływie stosowania nawozów na proces eutrofizacji przeczytasz w artykule: „Co to są nawozy?”).

Zobacz też kilka zdjęć tego efektu:

EutrofizacjaEutrofizacjaEutrofizacja

Original text