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Los microorganismos en el ciclo del nitrógeno

Publicado por Javier García Calleja

La participación de los microorganismos en este ciclo biogeoquímico es aún más significativa que en el ciclo del carbono, pues ellos por sí solos son responsables del mantenimiento de  un cido menor inscrito en el ciclo general. En este, podemos considerar que el nitrógeno se halla en la atmósfera (el 79% de ésta es nitrógeno molecular, N2). Sin embargo, solo ciertos microorganismos son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico, es decir, transformarlo en un compuesto químico que, a su vez, pueda ser incorporado por las plantas.

En realidad, es del suelo de donde el nitrógeno se incorpora a la cadena alimenticia. Y lo hace en forma de nitritos y/o nitratos. Es importante destacar que este proceso de incorporación del nitrógeno al suelo es esencial para la vida en la tierra, ya que el nitrógeno es un componente clave de las proteínas y los ácidos nucleicos, que son fundamentales para la vida tal como la conocemos.

Por otra parte, en el esquema que representa el ciclo se pueden observar ciertos aspectos del mismo, que completan el conjunto, en los que ya no intervienen los microorganismos. Es interesante notar que estos procesos no biológicos también juegan un papel crucial en el ciclo del nitrógeno. Por ejemplo, los rayos en la atmósfera pueden convertir el nitrógeno molecular en óxidos de nitrógeno, que luego pueden ser incorporados al suelo a través de la lluvia.

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Podemos distinguir tres vías de fijación o incorporación del nitrógeno a la materia viva: biológica, atmosférica (fotoquímica) e industrial. La primera de ellas es la que interesa tratar aquí, dado que es en la que intervienen los microorganismos. Sin embargo, también es importante mencionar que la fijación industrial del nitrógeno, a través del proceso Haber-Bosch, ha tenido un impacto significativo en la disponibilidad de nitrógeno para las plantas, y por lo tanto en la productividad agrícola.

La fijación biológica comienza con el proceso que realizan las bacterias que transforman el N2 hasta NH3. Las más importantes son las del género Rizobium,  que viven en simbiosis en las raíces de las plantas leguminosas, cuyas células vegetales proporcionan la energía necesaria para la reducción de N2 a NH3, por parte de las bacterias. Se forman compuestos orgánicos nitrogenados que quedan ya incorporados a la planta para formar proteínas y otras moléculas orgánicas vegetales. Después, el nitrógeno orgánico vegetal pasa a los animales que se alimentan de estas plantas.

Otras bacterias que viven libres en el suelo (Azotobacter, Clostridium) fijan el N2 hasta amoníaco (NH3) y éste se acumula en el suelo. Del mismo modo lo hacen las cianobacterias o algas verde-azuladas en el agua. Estos microorganismos juegan un papel crucial en la disponibilidad de nitrógeno en ecosistemas acuáticos, donde pueden ser la principal fuente de nitrógeno para otras formas de vida.

Los cadáveres y otros restos orgánicos son degradados por las bacterias descomponedoras en distintas sustancias (CO2, H2O), y entre ellas el amoníaco (NH3) y otros compuestos de amonio (proceso de amonificación), que quedan también en el suelo. Este proceso de descomposición es fundamental para reciclar el nitrógeno y mantener su disponibilidad para las plantas y otros organismos.

Este NH3 procedente de la fijación biológica y de la descomposición es transformado por otro grupo de bacterias quimiosintéticas nitrificantes en nitritos y nitratos, que pueden ser incorporados, disueltos en agua, por las raíces de las plantas y utilizados para biosíntesis proteica, por lo que entran así en la cadena alimenticia.

Este proceso de nitrificación tiene lugar, como sabemos, en dos pasos realizados por bacterias diferentes:

  • Nitrosomonas: encargadas de la nitrosificación: de amoníaco (NH3) a nitrito (NO2-).
  • Nitrobacter: que realiza la nitratación: de nitrito (NO2-) a nitrato (NO3-).

Finalmente, el retorno del nitrógeno a la atmosfera, se realiza gracias a la actividad de otro grupo de bacterias anaerobias desnitrificantes del suelo, que transforman los nitratos en N2. Este proceso de desnitrificación es esencial para mantener el equilibrio del ciclo del nitrógeno, ya que permite que el nitrógeno vuelva a la atmósfera, completando el ciclo y asegurando que el nitrógeno esté disponible para futuras generaciones de organismos.