دورة النيتروجين وأهميتها

دورة النيتروجين وأهميتها

في دورة النيتروجين

تعد دورة النيتروجين إحدى الدورات البيوجيوكيميائية الأساسية التي تعتبر ضرورية للحفاظ على النظام البيئي على الأرض. ومن خلال هذه الدورة، يتم استخدام النيتروجين وإعادة تدويره. وهذا أمر بالغ الأهمية لأن النيتروجين هو أحد أهم العناصر لحياة ونمو جميع الكائنات الحية.

دور النيتروجين

النيتروجين هو لبنة أساسية في الحياة. وهو ضروري لتكوين الأحماض الأمينية التي تشكل أساس البروتينات. يعتبر النيتروجين ضروريًا أيضًا لتكوين النيوكليوتيدات، والتي بدورها تشكل اللبنات الأساسية للحمض النووي الريبوزي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA)، أي مادتنا الوراثية. ويلعب النيتروجين أيضًا دورًا حاسمًا في تكوين الكلوروفيل، وهو ضروري لعملية التمثيل الضوئي في النباتات.

على الرغم من الكمية الهائلة من النيتروجين في الغلاف الجوي - حوالي 78% منه عبارة عن غاز النيتروجين (N2) - فإن معظم أشكال الحياة لا يمكنها استخدام هذا النيتروجين بشكل مباشر. وذلك لأن ذرات النيتروجين الموجودة في N2 مرتبطة بقوة مع بعضها البعض بواسطة رابطة ثلاثية. إن تحويل أو "تثبيت" هذا النتروجين الجوي إلى شكل قابل للاستخدام يتطلب بالتالي قدرًا كبيرًا من الطاقة.

تثبيت النيتروجين

تثبيت النيتروجين هو العملية التي يتم من خلالها تحويل النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي إلى مركبات نيتروجين قابلة للاستخدام بواسطة كائنات دقيقة متخصصة - تسمى مثبتات النيتروجين. هذه الكائنات الحية الدقيقة عادة ما تكون بكتيريا تعيش إما بحرية في البيئة أو في تكافل (نوع من الشراكة) مع النباتات.

يحدث تثبيت النيتروجين عن طريق تحويل N2 إلى أمونيا (NH3)، وهو كثيف الاستهلاك للطاقة للغاية. أصبحت هذه العملية ممكنة بفضل إنزيم النيتروجيناز، الذي لديه القدرة على كسر الرابطة الثلاثية القوية في N2. وبمجرد توفر النيتروجين بهذا الشكل، يمكن للنباتات تحويله إلى أحماض أمينية واستخدامها لتكوين البروتينات.

دورة النيتروجين بالتفصيل

تتكون دورة النيتروجين من عدة عمليات متشابكة تحدث بشكل مستمر في الطبيعة. بالإضافة إلى تثبيت النيتروجين الذي سبق ذكره، فإن هذه تشمل النترجة ونزع النتروجين والأمونيا.

النترتة

النترجة هي عملية من خطوتين يتم من خلالها تحويل الأمونيا (NH3) إلى نترات (NO3-). ويتم هذا التحويل أيضًا عن طريق البكتيريا. في الخطوة الأولى، يتم تحويل الأمونيا إلى نتريت (NO2-) وفي الخطوة الثانية إلى نترات. النترات هي المصدر المفضل للنيتروجين للعديد من النباتات.

الأمونة

الأمونيا هي العملية التي يتم من خلالها تحويل الكتلة الحيوية الميتة إلى أمونيا أو أمونيوم عن طريق الفطريات والبكتيريا. يحدث هذا عادة في التربة وهو مصدر مهم للنيتروجين المتوفر للنباتات.

نزع النتروجين

نزع النتروجين هو عكس النترجة وتثبيت النيتروجين. هذه هي العملية التي يتم من خلالها تحويل النترات مرة أخرى إلى نيتروجين الغلاف الجوي بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في ظل ظروف فقيرة بالأكسجين. يمكن أن تحدث هذه العملية في التربة والمياه الفقيرة بالأكسجين وتؤدي إلى فقدان النيتروجين من النظم البيئية وإعادته إلى الغلاف الجوي.

تأثير الإنسان على دورة النيتروجين

لقد أثر البشر بشكل كبير على دورة النيتروجين الطبيعي من خلال العديد من الأنشطة. على وجه الخصوص، أدى الاستخراج الصناعي للنيتروجين لإنتاج الأسمدة وحرق الوقود الأحفوري إلى دخول النيتروجين المرتبط سابقًا إلى البيئة كنيتروجين تفاعلي.

الإفراط في التسميد

يؤدي إنتاج الأسمدة واستخدامها المفرط إلى إطلاق جزء كبير من هذا النيتروجين التفاعلي في البيئة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى الإفراط في التسميد وبالتالي التخثث في المسطحات المائية. وهذا يعني أنه يتم إطلاق الكثير من العناصر الغذائية في الماء، مما يؤدي إلى تسريع نمو بعض النباتات والطحالب بشكل كبير. عندما تموت هذه النباتات والطحالب، يؤدي اضمحلالها إلى نقص الأكسجين في الماء، مما يؤدي إلى عواقب وخيمة على الحياة البحرية.

إنهاء

دورة النيتروجين هي عملية معقدة بيولوجيا وكيميائيا وهي ضرورية للحياة على الأرض. وبدون دورة النيتروجين، لن تكون مركبات النيتروجين الأساسية التي تحتاجها جميع أشكال الحياة متاحة. ومع ذلك، فمن المهم أن ننسق أنشطتنا حتى لا نعرض التوازن الطبيعي لهذه الدورة للخطر. ولذلك فإن فهمنا لدورة النيتروجين وأهميتها أمر بالغ الأهمية للحفاظ على تنوع الحياة على كوكبنا.