De biogeochemische cyclus van fosfor heeft steeds meer te maken met menselijke storingen
Om eerst te begrijpen hoe de fosforcyclus werkt, moet u de belangrijkste component ervan kennen: fosfor (P). Fosfor is een chemisch element dat heel gemakkelijk reageert met anderen. Om deze reden wordt het niet van nature gevonden zonder aan een ander element te zijn gekoppeld. Het is ook een van de meest essentiële componenten in de natuur - om je een idee te geven, het heeft de tweede plaats (net na calcium) in overvloed in menselijke weefsels.
Functies in het lichaam
In organismen is het ook een essentieel onderdeel van cellen, omdat het deel uitmaakt van de DNA- en RNA-moleculen. Enkele van zijn functies in het organisme zijn:
- deel uitmaken van de structuur van botten en tanden (waardoor ze sterker worden);
- deelnemen aan reacties met organische moleculen gevormd door waterstof, zuurstof en koolstof (glyciden genoemd);
- handelen in spiercontractie.
De makkelijkste
De biogeochemische cyclus (zo genoemd omdat het zowel het chemische, geologische als biologische deel van het ecosysteem omvat) van fosfor wordt beschouwd als een van de eenvoudigste, en dit komt door het feit dat dit element niet in de atmosfeer wordt aangetroffen, maar in plaats daarvan bovendien bestanddeel van rotsen van de aardkorst. Om deze reden wordt de cyclus ervan niet als atmosferisch geclassificeerd, zoals bijvoorbeeld het geval is bij de stikstofcyclus. In dit geval wordt het geclassificeerd als sedimentair.
Een andere reden waarom het als de eenvoudigste biogeochemische cyclus wordt beschouwd, is dat de enige fosforverbinding die echt belangrijk is voor levende wezens, fosfaat is, dat bestaat uit de vereniging van een fosforatoom met drie zuurstofatomen (PO43-).
Fosfaatgroepen
In relatie tot levende cellen is een belangrijke functie van fosfaatgroepen hun rol als energieopslag. Deze energie wordt opgeslagen in chemische bindingen van ATP-moleculen, adenosinetrifosfaat, van het metabolisme (of afbraak) van de koolhydraatmoleculen; een proces dat energie opwekt. Deze opgeslagen energie kan vervolgens worden overgedragen om elk cellulair proces uit te voeren.
Deze zelfde fosfaatgroepen kunnen ook cellulaire enzymen activeren en deactiveren die verschillende chemische reacties katalyseren. Bovendien is fosfor ook belangrijk voor de vorming van moleculen die fosfolipiden worden genoemd, de belangrijkste componenten van celmembranen; membranen die de cellen extern omringen met drie hoofdfuncties: coating, bescherming en selectieve permeabiliteit (selecteert welke stoffen de cel binnenkomen en verlaten).
De cyclus
Het belangrijkste reservoir van fosfor in de natuur zijn rotsen, die alleen door verwering worden vrijgegeven. Verwering is een reeks verschijnselen (of ze nu fysisch, chemisch of biologisch zijn) die leiden tot de afbraak en wijziging van de chemische en mineralogische samenstelling van de gesteenten, waardoor ze in aarde worden omgezet en fosfaat vrijkomt.
Omdat het een oplosbare verbinding is, wordt het gemakkelijk naar rivieren, meren en oceanen vervoerd door het uitlogingsproces (oplosbaarheid van de chemische bestanddelen van een gesteente, mineraal of bodem door de werking van een vloeistof, zoals regen) of wordt het opgenomen in organismen. levend.
Deze opname vindt bij planten plaats door opname van fosfaat via de bodem. Het wordt dus door organismen gebruikt om organische fosfaatverbindingen te vormen die essentieel zijn voor het leven (hierna organisch fosfaat genoemd). In dierlijke organismen komt fosfaat binnen door directe wateropname en door biomagnificatie (een proces waarbij de concentratie van een verbinding langs de voedselketen toeneemt).
De afbraak van organisch materiaal door ontbindende organismen zorgt ervoor dat organisch fosfaat wordt teruggevoerd naar de bodem en water in zijn anorganische vorm.
De micro-organismen die in de bodem worden aangetroffen, spelen op hun beurt een belangrijke rol in de fosforcyclus en bij de beschikbaarheid ervan voor planten door de volgende factoren:
- Opname van fosfor in microbieel organisch materiaal;
- Oplossen van anorganische fosfor;
- Associatie tussen planten en schimmels;
- Mineralisatie van organische fosfor.
Opname van fosfor in microbieel organisch materiaal
Wanneer fosfor in levende organismen wordt opgenomen, kan het worden geïmmobiliseerd, dat wil zeggen, het zit "vast", en gedurende deze periode wordt de cyclus van deze moleculen onderbroken. Het vrijkomen ervan, zodat de cyclus kan doorgaan, kan gebeuren door de volgende verschijnselen:- Verstoring van microbiële cellen;
- Klimaatvariaties en bodembeheer;
- Interacties met de microfauna, die bij het voeden met micro-organismen verschillende voedingsstoffen in de bodem afgeven.
Het opnemen van fosfor in levende organismen heeft enkele voordelen. Dit proces vermijdt bijvoorbeeld de langdurige fixatie in bodemmineralen (waaruit het alleen door verwering zou worden verwijderd), waardoor de efficiëntie van fosfaatbemesting toeneemt.
Oplossen van anorganische fosfor
Bacteriën en schimmels, waaronder mycorrhizae, scheiden organische zuren uit die werken door anorganische fosfor direct op te lossen.
- Van veel bodemmicro-organismen wordt beschreven dat ze verschillende soorten rotsfosfaten kunnen oplossen;
- Het grootste oplossingsmechanisme is de werking van organische zuren die door bacteriën worden gesynthetiseerd.
- Deze door organismen geproduceerde zuren zijn grote generatoren van H + -ionen, die mineraal fosfaat kunnen oplossen en beschikbaar maken voor planten.
Associatie tussen planten en schimmels
Het komt voor via mycorrhizae, bacteriën die worden geassocieerd met plantenwortels die mutualisme tussen plantenwortels en bodemschimmels bevorderen, zodat de plant energie en koolstof aan de schimmels levert via fotosynthese, en ze terugkeren begunstigen door minerale voedingsstoffen te absorberen en over te brengen naar plantenwortels.
Mineralisatie van organische fosfor
Naast de fosfor van microbiële organische materie, de rol van fosfaatoplossende micro-organismen en schimmels geassocieerd met wortels, is de productie van enzymen door sommige micro-organismen en planten verantwoordelijk voor de mineralisatie van organisch fosfor, dat wordt omgezet in organisch fosfor. anorganische fosfor.
Eenmaal in meren en zeeën kan fosfor, behalve dat het door organismen wordt opgenomen, ook in de rotsen worden opgenomen, waardoor de kringloop wordt gesloten.
De fosforcyclus heeft de neiging lang te zijn. Een enkel atoom kan tot 100.000 jaar worden gefietst, totdat het weer bezinkt en de rotsen genereert. Fosfor kan meer dan 100 miljoen jaar in verband blijven met sedimenten.
Problemen
Menselijke activiteit verandert in toenemende mate de natuurlijke cyclus van deze macronutriënt, hetzij door activiteiten zoals mijnbouw of het wijdverbreide gebruik van meststoffen.
Het teveel aan fosfor bij uitloging in waterlopen verhoogt de biologische beschikbaarheid van deze nutriënt in het aquatisch milieu en kan als gevolg daarvan de ontwikkeling van algen versterken. Een toenemend aantal algen in een meer zal bijvoorbeeld de hoeveelheid licht die deze omgeving binnendringt verminderen (de trofische zone drastisch verkleinen), waardoor andere lokale organismen worden geschaad. Dit proces heet eutrofiëring (meer over de invloed van het gebruik van meststoffen op het eutrofiëringsproces leest u in het artikel: "Wat zijn meststoffen?").
Zie ook enkele foto's van dit effect:
