Η ανακύκλωση της ύλης σε ένα οικοσύστημα ♻️
Πώς μπαίνει η ενέργεια και γιατί η ύλη ανακυκλώνεται
Η είσοδος της ενέργειας σε ένα οικοσύστημα γίνεται μέσω των παραγωγών. Αυτοί οι οργανισμοί μετατρέπουν απλές ανόργανες χημικές ουσίες του άβιου περιβάλλοντος —όπως το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό, τα νιτρικά και τα φωσφορικά άλατα (ιόντα), τα μέταλλα κ.τ.λ.— σε οργανικές ενώσεις. Για τον σκοπό αυτό αξιοποιούν την ηλιακή ενέργεια, που είναι πάντα διαθέσιμη.
Ποια είναι όμως η πηγή των ανόργανων ουσιών που χρησιμοποιούν οι παραγωγοί; Με τις διαδικασίες της κυτταρικής αναπνοής και της αποικοδόμησης διασπώνται σύνθετες οργανικές ενώσεις και παράγονται απλές ανόργανες ουσίες. Έτσι, η ύλη μέσα σε ένα οικοσύστημα ανακυκλώνεται. Οι οργανισμοί είναι υποχρεωμένοι να χρησιμοποιούν τα ίδια συστατικά, να τα συνδυάζουν και να συνθέτουν με αυτά νέες ενώσεις, να τις διασπούν στα συστατικά τους και να τα ξαναχρησιμοποιούν διαρκώς, από την αρχική εμφάνιση της ζωής στον πλανήτη μέχρι σήμερα. Είναι δηλαδή απαραίτητο να γίνεται ανακύκλωση της ύλης συνεχώς μέσα στα οικοσυστήματα.
Η ενέργεια μπαίνει στο οικοσύστημα από τον Ήλιο και τελικά χάνεται ως θερμότητα — δεν ανακυκλώνεται. Η ύλη όμως (άνθρακας, άζωτο κ.ά.) παραμένει μέσα στο οικοσύστημα και περνά ξανά και ξανά από τους οργανισμούς σε ανόργανη μορφή και πίσω σε οργανική. Μην τα συγχέεις: η ενέργεια «ρέει», η ύλη «κυκλοφορεί».
Ο κύκλος του άνθρακα
Ο άνθρακας είναι κύριο συστατικό όλων των οργανικών ενώσεων. Όλοι οι οργανισμοί, αυτότροφοι και ετερότροφοι, διασπούν οργανικές ενώσεις της τροφής με τη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής και απελευθερώνουν ενέργεια και διοξείδιο του άνθρακα.
Οι παραγωγοί δεσμεύουν το διοξείδιο του άνθρακα με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και συνθέτουν νέες οργανικές ενώσεις. Επίσης, διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα και με τις καύσεις. Έτσι ολοκληρώνεται ο κύκλος του άνθρακα μέσα σε ένα οικοσύστημα.
| Διαδικασία | Τι κάνει με τον άνθρακα |
|---|---|
| Φωτοσύνθεση | Δεσμεύει το διοξείδιο του άνθρακα και το μετατρέπει σε οργανικές ενώσεις |
| Κυτταρική αναπνοή | Διασπά οργανικές ενώσεις και απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα |
| Καύσεις | Απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα |
Ο άνθρακας που βρίσκεται αυτή τη στιγμή στα κύτταρά σου έχει περάσει, κατά πάσα πιθανότητα, από αμέτρητους άλλους οργανισμούς στο παρελθόν — φυτά, ζώα, ακόμη και μικροοργανισμούς που έζησαν πριν από εκατομμύρια χρόνια. Η ύλη δεν χάνεται, απλώς αλλάζει κάτοχο.
Ο κύκλος του αζώτου
Το άζωτο είναι ένα στοιχείο που συμμετέχει στη δομή των περισσότερων οργανικών μορίων που συναντάμε στους οργανισμούς, όπως οι πρωτεΐνες, τα νουκλεϊκά οξέα και ορισμένα λιπίδια. Περιέχεται επίσης, σε ποσοστό περίπου 80%, στον ατμοσφαιρικό αέρα. Ωστόσο, αυτή η τεράστια ποσότητα αζώτου δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα από τους οργανισμούς. Πρέπει πρώτα να μετατραπεί σε νιτρικά ιόντα, τα οποία διαλύονται στο νερό και απορροφώνται από τις ρίζες των φυτών. Τα φυτά, στη συνέχεια, χρησιμοποιούν τα νιτρικά ιόντα για να συνθέσουν τις αζωτούχες οργανικές ενώσεις τους.
Πώς το ατμοσφαιρικό άζωτο γίνεται νιτρικά ιόντα
Η μετατροπή του ατμοσφαιρικού αζώτου σε νιτρικά ιόντα μπορεί να γίνει με δύο τρόπους:
- Με τη βοήθεια της ενέργειας των κεραυνών, μέρος του ατμοσφαιρικού αζώτου σχηματίζει ανόργανες αζωτούχες ενώσεις (αμμωνία, νιτρικά ιόντα) που φτάνουν στο έδαφος με τη βροχή.
- Ορισμένα βακτήρια, που ονομάζονται αζωτοδεσμευτικά —όπως αυτά που συμβιώνουν στις ρίζες των ψυχανθών— μετατρέπουν το ατμοσφαιρικό άζωτο σε νιτρικά ιόντα.
Η πορεία του αζώτου μέσα στο οικοσύστημα
Τα φυτά απορροφούν τα νιτρικά ιόντα και συνθέτουν τις αζωτούχες οργανικές ενώσεις που τους είναι απαραίτητες. Στη συνέχεια, οι ενώσεις αυτές, μέσα από τις τροφικές σχέσεις των πληθυσμών του οικοσυστήματος, περνούν στους καταναλωτές των διάφορων τάξεων. Τέλος, καταλήγουν στο περιβάλλον ως συστατικά της «νεκρής» οργανικής ύλης.
Οι αζωτούχες οργανικές ενώσεις της «νεκρής» οργανικής ύλης διασπώνται από τους αποικοδομητές και μετατρέπονται σε ανόργανες ουσίες (αμμωνία) και τελικά σε νιτρικά ιόντα, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν ξανά από τα φυτά. Μέρος των νιτρικών ιόντων του εδάφους μετατρέπεται σε άζωτο από άλλα βακτήρια, τα απονιτροποιητικά, και επιστρέφει στην ατμόσφαιρα.
Τα ψυχανθή —όπως η φασολιά, η φακή και η σόγια— φιλοξενούν αζωτοδεσμευτικά βακτήρια στις ρίζες τους και γι' αυτό είναι πλούσια σε πρωτεΐνες, χωρίς να χρειάζονται λίπασμα με άζωτο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο παραδοσιακά αποτελούσαν φθηνή αλλά θρεπτική εναλλακτική λύση αντί για το κρέας.
Ένα πολύ συχνό λάθος είναι να νομίζει κανείς ότι, επειδή το άζωτο είναι το κυρίαρχο αέριο της ατμόσφαιρας (περίπου 80%), τα φυτά μπορούν να το προσλάβουν κατευθείαν από τον αέρα. Στην πραγματικότητα το ατμοσφαιρικό άζωτο πρέπει πρώτα να μετατραπεί σε νιτρικά ιόντα —από κεραυνούς ή από αζωτοδεσμευτικά βακτήρια— για να γίνει αξιοποιήσιμο από τις ρίζες.