Introducing
Your new presentation assistant.
Refine, enhance, and tailor your content, source relevant images, and edit visuals quicker than ever before.
Trending searches
Proticanje energije i kruzenje materije-ciklus azota
28
PROTICANJE ENERGIJE I KRUZENJE MATERIJE
CIKLUS AZOTA
ENERGIJA
Za sve procese koji se odvijaju u ekosistemu, bilo da je rec o fizickim, hemijskim ili bioloskim, potrebna je energija. Osnovni izvori energije na planeti Zemlji je Sunce. Od trenutka kada je Zemlja nastala Suncevo zracenje bez prekida dolazi do Zemljine povrsine, noseci sa sobom velike kolicine energije.
Sunce
Sunce
Sunce
Proticanje energije
Ogromna energija Suncevog zracenja se na Zemlji trosi na razlicite nacine. Veliki deo te energije se jos u atmosferi odbija od oblaka i vraca nazad u vasionu. Drugi deo energije, takodje jos u atmosferi, apsorbuju razliciti molekuli ozona, vodene pare i ugljen dioksida. Na taj nacin do Zemljine povrsine dolazi samo jedan, znatno umanjen deo ukupnkog Suncevog zracenja. U trenutku kada Suncevi zraci dospeju do povrsine Zemlje, oni oslobadjaju toplotnu energiju i zagrevaju Zemljinu povrsinu i atmosferu, cime se stvaraju osnovni uslovi za zivot svih zivih bica. Zagrevanjem Zemljine povrsine i atmosfere gubi se energija, koja stalnim izracivanjem u obliku toplote odlazi u vasionu. Na taj nacin energija u obliku Suncevog zracenja ulazi u ekosisteme, a u oblku toplote ih napusta. Dakle, energija protice kroz ekoloske sisteme.
Rasipanje Suncevog zracenja na Zemlji
Fotosinteza
Medjutim, zivim bicima nije dovoljno da imaju samo odredjenu kolicinu svetlosne i toplotne energije u spoljasnjoj sredini. Da bi ostvarila svoje zivotne aktivnosti, ziva bica moraju raspolagati i odredjenom kolicinom unutrasnje energije u svojim telima. energija ulazi u zive organizme preko hrane, a u hranu dospeva preko biljaka. Biljke su kao prirodne solarne fabrike. One u procesu fotosinteze usvajaju jedna deo energije Sunceve svetlosti koja dopire do povrsine Zemlje, pretvaraju je i skladiste u hrani u obliku hemijske energije.
Fotosinteza
Celijsko disanje
Svi zivi organizmi u procesu celijskog disanja oslobadjaju energiju hemijskih veza koja je akumulirana u secerima i drugim ugljenim hidratima. Tokom celijskog disanja kiseonik raskida veze izmedju atoma u molekulima secera. U tom procesu raskidanja veza oslobadja se energija koja se koristi za sve zivotne aktivnosti zivih bica. U procesu celijskog disanja znatan deo energije se pretvara u toplotu, koja naousta organizam i nepovratno se gubi odlazeci u atmosferu.
Celijsko disanje
Zakljucak
Dakle u procesu fotosinteze energija Suncevog zracenja preko biljaka ulazi u biocenozu. U procesima ishrane ta energija se prenosi sa jednog na drugi nivo troficke piramide. U procesu celijskog disanja, koji se odvija na svim nivoima lanaca ishrane, energija hemijskih veza u hrani se jednim delom trosi na ostvarivanje zivotnih aktivnosti, a drugim delom se pretvara u toplotu i napusta ekosistem. Na taj nacin, i u ovom procesu koji se odvija kroz zivu komponentu ekosistema, energija konstantno protice.
Biogeohemojski ciklus
Da bi organizmi mogli da zive, oni moraju da koriste hranljive materije i druge supstance iz ekosistema. Medjutim, za razliku od energije koja na Zemlju neprekidno pristize sa Sunca, kolicina materije na nasoj planeti je ogranicena. Zbog toga je u ekoloskim sistemima morao da se razvije precizan mehanizam prirodne obnove, odnosno biogeohemijskog ciklusa, cime je omoguceno da zivot moze da traje neograniceno. Kad ne bi bilo tih ciklusa, sva materija potrebna za zivot brzo bi se potrosila, pa bi opstanak zivih bica bio doveden u pitanje. Procenjuje se se da bi se sav ugljen-dioksid iz atmosfere potrosio za samo trideset pet godina ukoliko ne bi postojao mehanizam njegovog kruzenja. U prirodi postoji veliki broj ciklusa kruzenja razlicitih jedinjenja i elemenata. medjutim za zivot su svakako najvazniji ciklusi azota, ugljenika, kiseonika i vode.
Ciklus azota
Azot je veoma vazan element belancevina i nukleinskih kisalina. U gasovitom stanju on cini cetiri petine citave atmosfere. Najveci broj zivih organizama ne moze da koristi azot iz vazduha zbog toga sto su hemijske veze u molekulu gasovitog azota (N2 - dinitrogen) veoma jake. Zato biljke usvajaju azot iz zemljista, gde se on nalazi u obliku razlicitih soli (nitrata, amonijum-jona). Tako usvojen azot biljke mogu da prerade i da formiraju sopstvene amino-kiseline. Sa hranom koju unose zivotinje usvajaju razlicite proteine, koje potom razgradjuju i na osnovu njih sintetisu sopstvene proteine od kojih izgradjuju svoja tela.
Ciklus azota
Azotofiksacija
Dok eukariotski organizmi nemaju sposobnost usvajanja gasovitog azota, mnogi prokarioti (bakterije, modrozelene alge) koji zive u zemljisti imaju sposobnost da raskidaju veze gasovitog dinitrogena (N2) i usvajaju gasoviti azot iz atmosfere. Taj vazan proces u prirodi se naziva azotofiksacija, a organizami koji ga ostvaruju - azotofiksatori. Ovi organizmi u procesu respiracije redukuju gasoviti azor u amonijak pomocu vodonika iz redukovanog NAD. Amonijak u formi amonijum-jona kombinuje se sa organskim kiselinama i formira amino-kiseline, od kojih su izgradjene najznacajnije komponente celija.
Neki azotofiksatori, kao sto su modrozelene alge, zive slobodno u plitkim barama i zemljistu. Na primer, koncasta modrozelena alga Anabaena, zivi u svim delovima Zemlje gde ima dovoljno vlage i svetlosti za njeno prezivljavanje. Ispitivanja su pokazala da u tropskim i suptropskim oblastima azotofiksirajuci organizmi usvajaju ogromne kolicine gasovitog azota, koji se posle njihove smrti i razgradnje njihovih celija oslobadja u zemljiste. Upravo taj oslobodjeni azot koriste eukariotske zelene biljke. Zahvaljujuci njemu ukupna organska produkcija u tropskim i suptropskim krajevima je izrazito visoka. Treba napomenuti da je agrikultura imala ogromnu korist od azotofiksirajucih organizama cak i stotinama godina pre nego sto se ista znalo o procesima ishrane biljaka.
Neki azotofiksatori su uspostavili veoma specificne simbiotske odnose sa biljkama ili drugim organizmima u zemljistu. Na primer, bakterija Rhizobium koja zivi u zemljistu i hrani se saprotrofski, moze stupiti u vezu sa celijama korekorena leguminoznih biljaka. Bakterije u korenu prouzrokuju specifican rast tkiva i formiranje manjih kvrzica oko inficiranih celija. U kvrzicama su uslovi za rast bakterija veoma povoljni. One u tim uslovima sintetisu enzim nitrogenezu, koja je u stanju da redukuje gasoviti azot u amonijak. Energiju za ovu redukciju bakterije dobijaju iz secera koje proizvodi biljka domacin. Bakterije u svojim metabolickim procesima od amonijaka grade razlicite amino-kiseline, koje za svoje potrebe koristi i biljka domacin. Odnos izmedju bakterije i biljke oznacen je kao mutualizam jer bakterija za redukciju azota u amonijak koristi secer koji je proizvela bakterija. Biljka sa ovakvim korenovima u stanju je da zivi i uspesno raste i na zemljistima koja su inace siromasna azotovim jedninjenjem.
Deo azota dolazi do zemljista i bez posredstva azotofiksirajucih organizama. U prisustvu svetlosti i elektricne energije munja u atmosferi, gasoviti azot se jednini sa vodonikom i formira amonijak koji kise spiraju do zemljista.
Sudbina azota u zemljistu
Razlicita azotova jedinjenja natalozena u zemljistu biljke usvajaju svojim korenovim sistemima. Usvojeni azot one ugradjuju u belancevine i druga znacajna jedinjenja od kojih su izgradjena njihova tela. U odnosima ishrane azot preko biljaka prelazi s jednog na drugi nivo troficke piramide, ugradjujuci se u tela zivotinja i drugih organizama. Na kraju, posto ziva bica umru, njihova tela se razlazu, a azot iz organskih jedinjenja ponovo prelazi u neorganski oblik, tako da opet moze krenuti preoces kruzenja.
Amonifikacija
Tokom bakterijeske dekompozicije azot iz proteina, amino i nukleinskih kiselina se u procesu amonifikacije, pretvara u amonijak, koji u hemijskim reakcijama sa razlicitim solima u zemljistu formira amonijumove soli. Ove soli su rastvorljive u vodi, pa se brzo distribuiraju u zemljistu i na taj nacin postaju lako dostupne biljkama. Urea, koja se nalazi u urinu zivotinja, u procesu amonifikacije tokodje se pretvara u amonijak.
Nitrifikacija
U zemljistu zive i hemosinteticke bakterije sposobne da na racun energije razlicitih hemijskih jedinjenja u procesu hemosintee sintetisu secere. U njihove hemosintetske procese ukljucena su i azotova jedinjenja koja se nalaze u zemljistu. Pri tom dolazi do konverzije amonijumovih soli u nitrate, pa se citav proces naziva nitrifikacija, a bakterije koje ga ostvaruju - nitrifikujuce bakterije. Jedna grupa nitrifikujucih bakterija, kao sto je Nitrosomonas, konvertuje amonijumove soli u nitrate. Druge bakterije, kao sto je Nitrobacter, konvertuju nitrite u nitrate. Azot u obliku nitritnih jona korenovi biljaka najlakse usvajaju iz zemljista.
Denitrifikacija
U zemljistu postoji jos jedna znacajna grupa bakterija koja ucestvuje u procesu kruzenja azota u prirodi. To su denitrikijuce bakterije koje u anaerobnim uslovima (npr. kada je zemljiste duze vreme poplavljeno), u procesu specificne hemosinteze, redukuju nitrate i amonijumove soli u gasoviti azot. Ovaj proces naziva se denitrifikacija i ima potpuno suprotan smer i efekat od nitrifikacije. U prirodnim uslovima odnos razlicitih grupa bakterija - azotofiksatora, nitrifikatora i denitrifikatora - veoma je izbalansiran, tako da se proces kruzenja azota odvija bez vecih problema po zivot biljaka i ostalih clanova biocenoze. Denitrifikacija bakterije u agroekosistemima mogu prouzrokovati odredjene stete s obzirom na to da se njihovom aktivnoscu smanjuje kolicina dostupnog azota, pa samim tim i opasnost od dugotrajnijeg plavljenja i pojave anaerobnih uslova koji bi intenzivirali proces denitrifikacije. U isto vreme, covek ima i velike koristi od denitrifikujucih bakterija, buduci da ih intenzivno koristi u preciscavanju otpadnih voda i zagadjenog zemljista.