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El Nitrógeno El ciclo del nitrógeno en la lepidoteca

Feria Tecno Científica

Por Vivian Hernández


2 Ciclo del Nitrógeno – La lepidoteca


¿Qué son los ciclos biogeoquímicos? ¿Qué es el nitrógeno?

Beneficios del nitrógeno Últimos pensamientos

Ciclo del nitrógeno

Relación del mariposario y la lepidoteca

Datitos del nitrógeno

La amonificación

¿Qué es el mariposario?

Fijación del nitrógeno

El mariposario

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La forma como un elemento, o en algunos casos un compuesto como el agua, se mueve entre sus diversas formas y lugares vivos y no vivos, se conoce como un ciclo biogeoquímico . Este nombre refleja la importancia de la química y la geología, así como la biología, en ayudarnos a entender estos ciclos. El agua, que contiene hidrógeno y oxígeno, es esencial para los seres vivos. ¡Eso pone al ciclo del agua muy alto en la lista de los ciclos que nos interesan!

Estos ciclos no suceden de forma aislada, y el ciclo del agua es un promotor particularmente importante de los demás ciclos biogeoquímicos. Por ejemplo, el movimiento del agua es esencial para la filtración del nitrógeno y los fosfatos hacia los ríos, lagos y océanos. El océano además es un depósito importante de carbono.

Aunque cada elemento o compuesto tiene su propia ruta, todos estos nutrientes químicos esenciales circulan a través de la biósfera, y se mueven entre un mundo biótico y abiótico, y de un ser vivo a otro.

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El nitrógeno es un elemento químico de apariencia incolora, su forma natural es gaseosa y pertenece a la familia de los no metales. Es un elemento que por ser parte de los no metales, son malos conductores de electricidad. Su número atómico es 7 y su símbolo dentro de la tabla periódica es N. La atmósfera se encuentra compuesta en un 78,1% de su volumen por nitrógeno. Esta condensación es producto del balanceo de la fijación del nitrógeno atmosférico por la fuerza bacteriana, química y eléctrica, además de la fuga a través de la descomposición de material inorgánico por bacterias o por combustión.

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Tener nitrógeno a nuestro alrededor y ser capaz de aprovecharlo son dos cosas muy distintas. Tu cuerpo, y el de las plantas y animales, no tienen la capacidad de convertir el N2 a una forma utilizable. Nosotros, los animales, y nuestras amigas las plantas, no tenemos las enzimas para capturar o fijar el nitrógeno atmosférico. Algunas bacterias convierten amoníaco en nitrito (por ejemplo Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosococcus) y otras transforman éste en nitrato. Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hay otras bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo el nitrógeno del ecosistema a la atmósfera.

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La nitrificación es la oxidación biológica de amonio con oxígeno en nitrito, seguido por la oxidación de esos nitritos en nitratos. La nitrificación es una etapa importante en el ciclo del nitrógeno en los suelos. Este proceso fue descubierto por el microbiólogo ruso Sergei Winogradsky. La oxidación del amonio en nitrito, y la subsecuente oxidación a nitrato es hecha por dos especies de bacterias nitrificantes. La primera etapa la hacen bacterias (entre otras) del género microbiológico Nitrosomonas y Nitrosococcus.

La nitrificación también juega un importante rol en la remoción del nitrógeno orgánico de aguas servidas, donde la remoción convencional es por esa nitrificación bacteriana, seguida de desnitrificación. El costo de este proceso reside mayormente en la aireación (dar oxígeno en el reactor) y la adición de una fuente externa de carbono (e.g. metanol) para la desnitrificación.

En muchos ambientes, ambos organismos se hallan juntos, rindiendo nitrato como el producto final.

La segunda etapa (oxidación de nitrito a nitrato) la hacen, mayormente, bacterias del género Nitrobacter, y en ambas etapas se produce energía que se destina a la síntesis de ATP. Estos microorganismos nitrificantes son quimioautótrofos, y usan dióxido de carbono como su fuente de carbono para crecer.

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Incluso por sí mismo, un exceso de nitrógeno en el agua potable es tóxico para los humanos, especialmente los bebés y las mujeres embarazadas. Es un factor de riesgo en la metahemoglobinemia, cáncer y diabetes. Debido a los peligros para la salud y el medio ambiente, la desnitrificación es un tratamiento de efluentes importante porque convierte un contaminante peligroso en un gas benigno que se puede descargar sin producir impacto ambiental alguno.

Muchas fuentes contribuyen a la carga de nitrógeno del agua, incluidos los desechos del procesamiento de alimentos y los procesos químicos, pero la mayor parte del nitrógeno que se encuentra en los efluentes proviene de la urea, un producto de la orina. La desnitrificación biológica se usa a menudo para tratar desechos líquidos de la agricultura a escala industrial, por ejemplo, las granjas avícolas. En algunas áreas de los Estados Unidos, la contaminación relacionada con los nutrientes ha afectado de manera negativa la calidad del agua, haciendo que la desnitrificación sea esencial. En todo el estado de Iowa, por ejemplo, los nitratos son una amenaza tan constante para la calidad del agua que hace falta una nueva infraestructura de tratamiento de efluentes para enfrentarla por completo. Además, la ciudad de Des Moines gastó US$1,5 millones adicionales en desnitrificación en el 2015. Bill Stowe, director ejecutivo y gerente general de Des Moines Water Works, dijo a WaterOnline que espera que se gasten otros US$ 80 millones en mejoras de infraestructura, incluida la desnitrificación.

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Existen tres enfoques principales para la eliminación de nitratos: el intercambio iónico y la desnitrificación biológica, la mayoría de uso general, así como la reducción química. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), el intercambio iónico se usa típicamente para tratar las aguas subterráneas, mientras que las aguas superficiales se tratan comúnmente con desnitrificación biológica.

Intercambio de iones: En este proceso químico, los iones disueltos no deseados en el agua, como los nitratos del fertilizante, se intercambian por iones con carga similar a medida que pasan sobre un lecho de perlas de resina. Proceso de desnitrificación biológico (lodo activado): Los microbios hacen la mayor parte del trabajo en la desnitrificación biológica. Las bacterias de uso común que pueden usar nitrógeno oxidado (desnitrificadores) incluyen Pseudomonas, Alcaligenes y Paracoccus. Cuando descomponen el NO3 para metabolizar el oxígeno, se libera gas nitrógeno.

Eliminación de nitratos. Sistema PUREMUSTr

Reducción química: En estos procesos, se utilizan químicos como los ácidos como agentes reductores para formar amoníaco o nitrógeno elemental. Estos procesos a menudo requieren condiciones especiales, como el uso de catalizadores o las altas temperaturas y la presión.

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La ausencia de oxígeno no permite la transformación del nitrógeno orgánico en nitrógeno asimilable por las plantas, lo que obliga a éstas a adaptarse para poder asimilar un elemento tan fundamental. Para ello las plantas han acudido a diversas estrategias, entre las que se cuenta el carnivorismo, donde el nitrógeno es asimilado directamente por las hojas, procedentes de pequeños insectos que son capturados según diversas trampas.

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Es la primera parte del ciclo del nitrógeno. Es el proceso por el cual los compuestos nitrogenados encontrados en el suelo, productos de la descomposición de materiales orgánicos complejos tales como proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos y nucleótidos son degradados a compuestos simples por organismos que habitan el suelo, principalmente bacterias y hongos. Estos microorganismos metabolizan estos compuestos y liberan el exceso de nitrógeno en forma de amoníaco o ión amonio.

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El nitrógeno es un elemento bastante inerte, no reacciona fácilmente con otros compuestos, así que antes de ser aprovechado por la mayoría de los seres vivos, debe pasar por un proceso de fijación. Este proceso de fijación de nitrógeno está definido como su combinación con oxígeno o hidrógeno. La combinación es llevada a cabo por varias vías distintas: la primera es mediante descargas eléctricas de la atmósfera: rayos y centellas hacen que el nitrógeno atmosférico se combine con oxígeno, y los compuestos formados son arrastrados por la lluvia hacia el suelo. La segunda vía es la fijación biológica del nitrógeno, llevada a cabo por bacterias capaces de tomar nitrógeno y combinarlo por medio de enzimas. Algunas de estas bacterias viven libres en el suelo, y otras forman simbiosis con algunos tipos de plantas. Otra vía de fijación de nitrógeno es la fotoquímica, que es la usada en las industrias de producción de fertilizantes.

La fijación biológica del nitrógeno consiste en la transformación de N2 en amoníaco (NH3) que es ionizado a NH4+ o nitratos (NO3-). , mediante la enzima nitrogenasa, que se encuentra en algunos tipos de bacterias y cianobacterias. Como la nitrogenasa funciona únicamente en ausencia de oxígeno, las bacterias que la poseen se encuentran aisladas del mismo, viven bajo capas de moco que cubren las raíces de ciertas plantas o se encuentran dentro de engrosamientos especiales de las raíces de algunas leguminosas, llamados nódulos. Las bacterias que viven en los nódulos de las leguminosas tienen una relación simbiótica con las mismas, reciben carbohidratos de la planta, y le aportan nitrógeno.

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¿Qué es un mariposario? Los mariposarios son construcciones encerradas o cubiertas con malla, que contienen en su interior humedad, comida, agua, plantas. Es decir, contienen todas las condiciones necesarias para las mariposas poder desarrollarse, desenvolverse, alimentarse y vivir, como si vivieran en su hábitat natural. En su interior, las mariposas se aparean y ponen sus huevos sobre plantas, que posteriormente nacen las orugas y, finalmente, se convierten en mariposas. Luego se estudian estas mariposas, tanto su desarrollo como la especie, y cuando se reproducen, son liberadas al espacio exterior. El mariposario lo que quiere lograr es motivar a los estudiantes al cuidado y conservación de los recursos naturales, ya que estas orugas necesitan de diversas plantas y en gran cantidad para poder estar bien alimentadas. También genera respeto y amor por la naturaleza.

El mariposario le da la oportunidad a todo tipo de público tener un acercamiento a este tipo de ambiente y a estos seres (mariposas), al conocimiento de las especies de mariposas que habitan en una zona poco estudiada o tal vez no tan adecuada. Proporciona educación a través de la diversión, en el que desde los diferentes aspectos y elementos, se busca apoyar y fortalecer los programas de ciencias, como aporte al desarrollo del país, promoviendo la investigacón en los alumnos y la curiosidad de los visitantes, a través del contacto directo con las mariposas.

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¿Cómo se relacionan?

Las mariposas toman nitrógeno y sodio acoplado, el nitrógeno ha demostrado haber progresado la evolución de ojos más grandes en las mariposas que consiguen más que las cantidades generalmente clasificadas en sus dietas. Según estudios científicos, los animales con ojos más grandes tienen una tasa de supervivencia más alta porque pueden identificar rápidamente a sus parejas para reproducirse y detectarán el peligro más rápidamente que los insectos con ojos más pequeños. El fertilizante utilizado en la agricultura comercial, así como en los huertos domésticos, está aumentando el contenido de nitrógeno en la dieta de las mariposas, así como acelerando el crecimiento de las plantas que los humanos comen. Las mariposas que consumen cantidades significativas de nitrógeno también han demostrado poner más huevos, aunque el tamaño de los huevos que producen es notablemente más pequeño que el de las mariposas que sólo obtienen una cantidad promedio.

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ü El nitrógeno es indispensable para la vida, sin él, muchos procesos no se darían y no podríamos respirar el aire que respiramos. Un claro ejemplo de lo vital que es el nitrógeno es el de las mariposas, que sin el nitrógeno ellas no podrían tener un desarrollo normal o adecuado. El nitrógeno también es una fuente inagotable.

ü Dañando nuestras tierras al usar fertilizantes y al desechar residuos tóxicos no solo para las tierras si no para nosotros mismos ya que somos una cadena alimenticia que se alimenta de vegetales, plantas que ahí se cultivan y cosechan; no solo directamente si no también indirectamente al consumir productos de origen animal que son los que para ellos utilizan las plantas como principal fuente de alimentos.

ü Hay algunas que en sus raíces tienen nódulos donde habitan bacterias capaces de fijar el nitrógeno atmosférico y convertirlo en amonio y así se incorpora a la materia viva. Otras se basan en la asimilación de las sales de nitrógeno, como nitratos que pueden aparecer en depósitos minerales, y otras crecen preferentemente en zonas donde hay animales, fertilizándose con sus deposiciones. En la naturaleza, el suelo está en equilibrio y un ecosistema crece en función del nitrógeno disponible, que depende de la presencia de organismos fijadores. Nosotros para comer cultivamos el suelo y de ahí obtenemos el nitrógeno que necesitamos.

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Más información: • https://biologia.unah.edu.hn/mariposar io/

• https://es.khanacademy.org/science/bi ology/ecology/biogeochemicalcycles/a/the-nitrogen-cycle • https://culturizando.com/5-usos-delnitrogeno-gas-mas-versatil-existe/

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