Звідки живі організми отримують поживні речовини

Кругообіг поживних речовин - один з найважливіших процесів, що відбуваються в екосистемі. Кругообіг поживних речовин описує використання, переміщення та переробку поживних речовин у навколишньому середовищі. Цінні елементи, такі як вуглець, кисень, водень, фосфор та азот, необхідні для життя і повинні бути перероблені для існування організмів. Цикли поживних речовин включають як живі, так і неживі компоненти та включають біологічні, геологічні та хімічні процеси. Тому ці поживні ланцюги відомі як біогеохімічні цикли.

Біогеохімічні цикли можна розділити на два основні типи: глобальні та локальні цикли. Такі елементи, як вуглець, азот, кисень і водень, повторно використовуються в абіотичному середовищі, включаючи атмосферу, воду та ґрунт. Оскільки атмосфера є основним абіотичним середовищем, з якого збираються ці елементи, їх цикли мають глобальний характер. Ці елементи можуть переміщатися великі відстані, перш ніж вони будуть поглинені біологічними організмами. Ґрунт є основним абіотичним середовищем для повторного використання таких елементів, як фосфор, кальцій та калій. Таким чином, вони зазвичай переміщаються локальним регіоном.

Вуглецевий цикл

Британська енциклопедія / UIG / Getty Images

Вуглець потрібний для всього живого, оскільки він є основним компонентом живих організмів. Він служить основою для всіх органічних полімерів, включаючи вуглеводи, білки та ліпіди. З'єднання вуглецю, такі як діоксид вуглецю (CO2) та метан (CH4), циркулюють в атмосфері та впливають на глобальний клімат.Вуглець циркулює між живими та неживими компонентами екосистеми в основному за рахунок процесів фотосинтезу та дихання. Рослини та інші фотосинтезують організми отримують CO2 з навколишнього середовища і використовують його для створення біологічних матеріалів. Рослини, тварини та деструктори (бактерії та гриби) повернути CO2 в атмосферу через дихання. Рух вуглецю через біотичні компоненти навколишнього середовища відомий як швидкий вуглецевий цикл. Вуглецю потрібно значно менше часу для проходження через біотичні елементи циклу, ніж для проходження через абіотичні елементи. Вуглецю може знадобитися до 200 мільйонів років, щоб пройти через абіотичні елементи, такі як скелі, ґрунт та океани. Таким чином, цей кругообіг вуглецю відомий як повільний вуглецевий цикл.

Етапи вуглецевого циклу

• CO2 видаляється з атмосфери фотосинтезуючими організмами (рослинами, ціанобактеріями тощо. буд.) і використовується для утворення органічних молекул та створення біологічної маси.
• Тварини споживають фотосинтезуючі організми та отримують вуглець, що зберігається у виробників.
• CO2 повертається в атмосферу через дихання всіма живими організмами.
• Розкладачі руйнують мертві та органічні речовини, що розкладаються, і виділяють CO2.
• Деяка кількість CO2 повертається в атмосферу через спалювання органічних речовин (лісові пожежі).
• CO2, захоплений у гірських породах або викопному паливі, може бути повернений в атмосферу внаслідок ерозії, вивержень вулканів або спалювання викопного палива.

Азотний цикл

colematt / Getty Images

Як і вуглець азот є необхідним компонентом біологічних молекул.Деякі з цих молекул включають амінокислоти та нуклеїнові кислоти. Хоча в атмосфері багато азоту (N2), більшість живих організмів не можуть використовувати азот у цій формі для синтезу органічних сполук. Атмосферний азот спочатку повинен бути зафіксований або перетворений на аміак (NH3) деякими бактеріями.

Етапи азотного циклу

• Атмосферний азот (N2) перетворюється на аміак (NH3) азотфіксуючими бактеріями у водному та ґрунтовому середовищах. Ці організми використовують азот для синтезу біологічних молекул, необхідних їм виживання.
• Згодом NH3 перетворюється на нітрити та нітрати бактеріями, відомими як нітрифікуючі бактерії.
• Рослини отримують азот з грунту, поглинаючи амоній (NH4-) і нітрати своїм корінням. Нітрати та амоній використовуються для виробництва органічних сполук.
• Азот у його органічній формі одержують тварини, коли вони споживають рослини чи тварин.
• Розкладачі повертають NH3 в грунт, розкладаючи тверді відходи і мертві або речовини, що розкладаються.
• Нітрифікуючі бактерії перетворюють NH3 на нітрит і нітрат.
• Денітрифікуючі бактерії перетворюють нітрити і нітрати N2, вивільняючи N2 назад в атмосферу.

Кисневий цикл

Дорлінг Кіндерслі / Getty Images

Кисень - це елемент, необхідний біологічних організмів. Переважна більшість атмосферного кисню (O2) утворюється внаслідок фотосинтезу. Рослини та інші фотосинтезуючі організми використовують CO2, воду та світлову енергію для виробництва глюкози та O2. Глюкоза використовується синтезу органічних молекул, а O2 викидається в атмосферу. Кисень видаляється з атмосфери внаслідок процесів розкладання та дихання живих організмів.

Цикл фосфору

Данилюк / Getty Images

Фосфор є компонентом біологічних молекул, таких як РНК, ДНК, фосфоліпіди та аденозинтрифосфат (АТФ). АТФ - це високоенергетична молекула, що виробляється процесами клітинного дихання. та бродіння. У кругообігу фосфору фосфор циркулює в основному через грунт, каміння, воду та живі організми. Органічно фосфор знаходиться у формі фосфат-іону (PO43-). Фосфор додається у ґрунт і воду зі стоком внаслідок вивітрювання гірських порід, що містять фосфати. PO43- абсорбується з ґрунту рослинами і надходить споживачам у результаті споживання рослин та інших тварин. Фосфати повертаються у ґрунт у результаті розкладання. Фосфати також можуть потрапляти у відкладення у водному середовищі. Ці фосфатовмісні відкладення з часом утворюють нові породи.