De los ciclos abiogénicos a los biogeoquímicos
Antes de que surgiera la vida en la Tierra, la circulación de los elementos químicos ocurría exclusivamente sin la participación de organismos. Esos ciclos primitivos se denominan ciclos geoquímicos abiogénicos.
En aquella época, la fuente primaria de elementos eran los numerosos gases volcánicos emanados abundantemente de las entrañas del planeta. Al llegar a la envoltura gaseosa primitiva, dichos gases sufrían oxidación gracias a diversas reacciones fotoquímicas. La etapa final de este ciclo abiogénico consistía en la eliminación de los compuestos químicos oxidados de la atmósfera: estos precipitaban sobre la superficie del planeta junto con las precipitaciones atmosféricas y se fijaban en la litosfera.
Tan pronto como aparecieron los primeros seres vivos en el planeta, la naturaleza del movimiento de los elementos cambió radicalmente. Los antiguos ciclos abiogénicos evolucionaron y se transformaron en ciclos biogeoquímicos. A partir de entonces, la circulación pasó a estar intrínsecamente ligada a la actividad vital de los organismos, lo que configuró el aspecto equilibrado actual de la biosfera.
Composición actual de la atmósfera
La transformación de los ciclos biogeoquímicos repercutió directamente en la capa gaseosa de la Tierra. La composición actual de la atmósfera es el resultado de la labor prolongada de los ciclos biogeoquímicos. En ella predominan dos gases principales que sustentan los procesos de respiración y nutrición de la gran mayoría de los organismos vivos:
- Nitrógeno ($N_2$): ocupa la mayor proporción del volumen, un 78,8%.
- Oxígeno ($O_2$): constituye el 20,95%.
Además de ellos, en el aire atmosférico se encuentra constantemente el gas noble argón ($Ar$), cuya proporción es del 0,93%, y un gas fundamental para la fotosíntesis vegetal, el dióxido de carbono ($CO_2$), cuya cantidad es de apenas el 0,036%.
Asimismo, en la atmósfera se registran regularmente cantidades traza de impurezas, entre las cuales se incluyen hidrógeno ($H_2$), sulfuro de hidrógeno ($H_2S$), monóxido de carbono ($CO$), metano ($CH_4$), amoníaco ($NH_3$), así como diversos óxidos de nitrógeno y azufre. Estos compuestos son también participantes indispensables de las transformaciones biogeoquímicas.
Estructura de los ciclos: fondos de reserva y de intercambio
Cualquier ciclo biogeoquímico en la biosfera posee una estructura dual bien definida. Toda la masa de elementos químicos en circulación suele dividirse en dos grandes categorías funcionales denominadas fondos.
- Fondo de reserva. En él se concentra la mayor parte de las sustancias químicas de la biosfera. La principal característica de este fondo es el movimiento sumamente lento de los elementos. El fondo de reserva representa la parte estrictamente abiótica del ciclo, es decir, por lo general no está vinculado directamente con los organismos vivos. Cabe señalar que es precisamente según la ubicación de los fondos de reserva como se suelen clasificar todos los ciclos de la biosfera en tres grandes grupos.
- Fondo móvil (de intercambio). Este fondo incluye una masa de sustancias químicas considerablemente menor en comparación con el de reserva, pero se caracteriza por un movimiento rápido y una alta actividad funcional. Es precisamente dentro del fondo de intercambio donde ocurre el intercambio directo de elementos químicos entre los organismos vivos y el medio ambiente que los rodea, lo cual mantiene la continuidad de los procesos biológicos.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué grupos de microorganismos aseguran el ciclo biogeoquímico del nitrógeno?
El ciclo biogeoquímico del nitrógeno es asegurado por varios grupos fisiológicos de microorganismos.
- Bacterias fijadoras de nitrógeno: asimilan el nitrógeno libre y sintetizan compuestos orgánicos (bacterias de los nódulos radicales, *Azotobacter*, *Clostridium*, *Beijerinckia*).
- Bacterias amonificantes: provocan la putrefacción de la materia orgánica y la descomposición de la urea con formación de amoníaco (aerobias: B. subtilis, B. mesentericus, Serratia marcescens, Proteus; anaerobias: C. sporogenes, C. putrificum; urobacterias: Urobacillus pasteuri, Sarcina urea).
- Bacterias nitrificantes: oxidan el amoníaco a ácido nitroso (Nitrosomonas) y lo transforman en ácido nítrico (Nitrobacter).
- Bacterias desnitrificantes: reducen los nitratos a nitrógeno molecular (*Pseudomonas*, *Bacillus*, *Micrococcus*).
¿En qué consiste la doctrina de V.I. Vernadski sobre la migración biogénica de los átomos?
La esencia de la doctrina radica en que los elementos químicos circulan continuamente en el sistema entre el medio externo y los organismos vivos. La estabilidad de estos ciclos es la condición más importante para la existencia de la biosfera. Antes de la aparición de la vida se formaron ciclos geoquímicos abiogénicos sin la participación de organismos, y con el surgimiento de los seres vivos estos se transformaron en ciclos biogeoquímicos.
¿Qué elementos químicos pertenecen a los principales macroelementos biogénicos (organógenos)?
A los principales macroelementos biogénicos (organógenos) pertenecen cuatro elementos químicos que representan el 98% de la composición de los organismos vivos.
- Carbono (C): constituye el 45-55% de la composición química de las bacterias y actúa como componente estructural de las sustancias orgánicas.
- Oxígeno (O): constituye el 25-30%, participa en la síntesis de sustancias orgánicas y en la ejecución de sus funciones.
- Nitrógeno (N): constituye el 8-15%, es indispensable para la síntesis de sustancias orgánicas.
- Hidrógeno (H): constituye el 6-8%, es un componente estructural del agua y de los compuestos orgánicos (proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos).
Para memorizar rápidamente la estructura del ciclo, asocie los fondos con un banco: el «de reserva» es la cámara acorazada de oro (gran masa, permanece inmóvil, abiótico), mientras que el «de intercambio» es la caja de efectivo (poco dinero, pero rotación rápida, hay intercambio directo con los clientes-organismos).
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué consiste la principal diferencia entre los ciclos abiogénicos y los biogeoquímicos?
Los ciclos geoquímicos abiogénicos transcurren sin la menor participación de organismos vivos, tal como ocurría antes de la aparición de la vida (por ejemplo, la oxidación de gases volcánicos y su sedimentación). Por el contrario, los ciclos biogeoquímicos están indisolublemente ligados a la actividad vital de los organismos e incluyen un intercambio directo de sustancias entre la biota y el medio.
¿De qué gases se compone principalmente la atmósfera actual?
La base absoluta de la capa gaseosa está formada por nitrógeno molecular (78,8%) y oxígeno (20,95%). En proporciones considerablemente menores se encuentran el argón, el dióxido de carbono, así como impurezas en forma de metano, sulfuro de hidrógeno, amoníaco y óxidos.
¿Qué representa el fondo de reserva del ciclo?
Esta es la parte abiótica del ciclo que contiene la mayor parte de las sustancias químicas. En este fondo, los elementos se mueven con mucha lentitud y prácticamente no interactúan de manera directa con los organismos vivos.
Qué más repasar sobre el tema
- Clasificación de los ciclos en tres grupos según la ubicación de los fondos de reserva
- Mecanismos de oxidación fotoquímica de los gases volcánicos en la atmósfera primitiva
- El papel de las impurezas atmosféricas (metano, sulfuro de hidrógeno, amoníaco) en los ciclos biogeoquímicos
- Velocidad del metabolismo en el fondo móvil
- Procesos de sedimentación durante la transición de los elementos de la atmósfera a la litosfera
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