วงจรชีวเคมีที่สำคัญที่สุด 8 ประการ (คำอธิบาย) - ชีววิทยา - 2025

วัฏจักรประกอบด้วยเส้นทางที่ใช้สารอาหารที่แตกต่างกันหรือองค์ประกอบที่เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตอินทรีย์ การขนส่งนี้เกิดขึ้นภายในชุมชนทางชีววิทยาทั้งในหน่วยงานทางชีวภาพและทางชีวภาพที่ประกอบขึ้น

สารอาหารเป็นโครงสร้างโครงสร้างที่ประกอบขึ้นเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่และจำแนกตามปริมาณที่สิ่งมีชีวิตต้องการในสารอาหารระดับมหภาคและธาตุอาหารรอง

ที่มา: pixabay.com

สิ่งมีชีวิตบนดาวโลกมีอายุย้อนกลับไปประมาณ 3 พันล้านปีที่ซึ่งสระว่ายน้ำสารอาหารชนิดเดียวกันนี้ได้ถูกนำกลับมาใช้ซ้ำแล้วซ้ำเล่า สารอาหารสำรองนั้นอยู่ในส่วนประกอบที่ไม่จำเป็นของระบบนิเวศเช่นบรรยากาศหินเชื้อเพลิงฟอสซิลมหาสมุทรและอื่น ๆ วัฏจักรอธิบายเส้นทางของสารอาหารจากแหล่งกักเก็บเหล่านี้ผ่านสิ่งมีชีวิตและกลับไปที่อ่างเก็บน้ำ

อิทธิพลของมนุษย์ไม่ได้มีใครสังเกตเห็นในการขนส่งสารอาหารเนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุตสาหกรรมและพืชผลได้เปลี่ยนความเข้มข้นและทำให้สมดุลของวัฏจักร การรบกวนเหล่านี้มีผลกระทบต่อระบบนิเวศที่สำคัญ

ต่อไปเราจะอธิบายถึงเนื้อเรื่องและการรีไซเคิลของไมโครและธาตุอาหารหลักที่โดดเด่นที่สุดในโลก ได้แก่ น้ำคาร์บอนออกซิเจนฟอสฟอรัสกำมะถันไนโตรเจนแคลเซียมโซเดียมโพแทสเซียมซัลเฟอร์

วงจรชีวเคมีคืออะไร?

การไหลเวียนของพลังงานและสารอาหาร

ตารางธาตุประกอบด้วยธาตุ 111 ธาตุซึ่งมีเพียง 20 ธาตุเท่านั้นที่จำเป็นต่อชีวิตและเนื่องจากบทบาททางชีววิทยาของพวกมันจึงถูกเรียกว่าองค์ประกอบทางชีวภาพ ด้วยวิธีนี้สิ่งมีชีวิตต้องการองค์ประกอบเหล่านี้และพลังงานในการดำรงตนด้วย

มีการไหลขององค์ประกอบทั้งสองนี้ (สารอาหารและพลังงาน) ที่ค่อยๆถ่ายเทผ่านทุกระดับของห่วงโซ่อาหาร

อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสองกระแสคือพลังงานไหลไปในทิศทางเดียวและเข้าสู่ระบบนิเวศอย่างไม่รู้จักเหนื่อย ในขณะที่สารอาหารถูกพบในปริมาณที่ จำกัด และเคลื่อนที่เป็นวัฏจักรซึ่งนอกเหนือจากสิ่งมีชีวิตแล้วยังเกี่ยวข้องกับแหล่งที่ไม่ได้รับอนุญาต วัฏจักรเหล่านี้คือสารชีวเคมี

รูปแบบทั่วไปของวงจรชีวเคมี

คำว่าชีวเคมีเกิดขึ้นจากการรวมกันของรากทางชีวภาพของกรีกซึ่งหมายถึงชีวิตและภูมิศาสตร์ซึ่งหมายถึงโลก ดังนั้นวัฏจักรทางชีวเคมีจึงอธิบายถึงวิถีขององค์ประกอบเหล่านี้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตระหว่างองค์ประกอบทางชีวภาพและทางชีวภาพของระบบนิเวศ

เนื่องจากวัฏจักรเหล่านี้มีความซับซ้อนมากนักชีววิทยามักจะอธิบายขั้นตอนที่สำคัญที่สุดของพวกเขาซึ่งสามารถสรุปได้ว่า: ตำแหน่งหรือแหล่งกักเก็บขององค์ประกอบที่เป็นปัญหาการเข้าสู่สิ่งมีชีวิตโดยทั่วไปเป็นผู้ผลิตขั้นต้นตามด้วยความต่อเนื่องของมันผ่านห่วงโซ่ ทางโภชนาการและในที่สุดก็เกิดการรวมตัวขององค์ประกอบในอ่างเก็บน้ำอีกครั้งเนื่องจากสิ่งมีชีวิตที่ย่อยสลาย

โครงร่างนี้จะใช้เพื่ออธิบายเส้นทางของแต่ละองค์ประกอบสำหรับแต่ละขั้นตอนที่กล่าวถึง โดยธรรมชาติแล้วขั้นตอนเหล่านี้ต้องการการปรับเปลี่ยนที่เกี่ยวข้องขึ้นอยู่กับแต่ละองค์ประกอบและโครงสร้างทางโภชนาการของระบบ

จุลินทรีย์มีบทบาทสำคัญ

สิ่งสำคัญคือต้องเน้นถึงบทบาทของจุลินทรีย์ในกระบวนการเหล่านี้เนื่องจากการลดลงและปฏิกิริยาออกซิเดชั่นทำให้สารอาหารเข้าสู่วัฏจักรอีกครั้ง

การศึกษาและการใช้งาน

การศึกษาวัฏจักรเป็นสิ่งที่ท้าทายสำหรับนักนิเวศวิทยา แม้ว่าจะเป็นระบบนิเวศที่มีการ จำกัด ขอบเขต (เช่นทะเลสาบ) แต่ก็มีการแลกเปลี่ยนวัสดุกับสิ่งแวดล้อมที่อยู่รอบตัว นั่นคือนอกจากจะซับซ้อนแล้ววงจรเหล่านี้ยังเชื่อมต่อถึงกัน

วิธีการหนึ่งที่ใช้คือการติดฉลากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีและการติดตามองค์ประกอบโดยส่วนประกอบทางชีวภาพและทางชีวภาพของระบบการศึกษา

การศึกษาว่าการรีไซเคิลสารอาหารทำงานอย่างไรและในสถานะใดเป็นเครื่องหมายแสดงความเกี่ยวข้องทางนิเวศวิทยาซึ่งจะบอกเราเกี่ยวกับผลผลิตของระบบ

การจำแนกประเภทของวัฏจักรชีวเคมี

ไม่มีวิธีเดียวในการจำแนกวัฏจักรชีวเคมี ผู้เขียนแต่ละคนแนะนำการจัดประเภทที่เหมาะสมตามเกณฑ์ที่แตกต่างกัน ด้านล่างนี้เราจะนำเสนอสามประเภทที่ใช้:

ไมโครและธาตุอาหารหลัก

วงจรสามารถจำแนกได้ตามองค์ประกอบที่ระดม ธาตุอาหารหลักเป็นองค์ประกอบที่ใช้ในปริมาณที่เห็นได้โดยสิ่งมีชีวิตอินทรีย์กล่าวคือคาร์บอนไนโตรเจนออกซิเจนฟอสฟอรัสกำมะถันและน้ำ

องค์ประกอบอื่น ๆ จำเป็นในปริมาณเล็กน้อยเช่นฟอสฟอรัสกำมะถันโพแทสเซียมเป็นต้น นอกจากนี้ธาตุอาหารรองยังมีลักษณะการเคลื่อนที่ค่อนข้างต่ำในระบบ

แม้ว่าองค์ประกอบเหล่านี้จะถูกใช้ในปริมาณเล็กน้อย แต่ก็ยังมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต หากขาดสารอาหารก็จะ จำกัด การเติบโตของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศที่เป็นปัญหา ดังนั้นองค์ประกอบทางชีววิทยาของที่อยู่อาศัยจึงเป็นเครื่องหมายที่ดีในการกำหนดประสิทธิภาพของการเคลื่อนที่ขององค์ประกอบ

ตะกอนและบรรยากาศ

สารอาหารบางชนิดไม่ได้อยู่ในปริมาณเดียวกันหรือมีอยู่ในสิ่งมีชีวิต และสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาหรือแหล่งที่มาของมันเป็นหลัก

ผู้เขียนบางคนแบ่งประเภทออกเป็นสองประเภทขึ้นอยู่กับความสามารถในการเคลื่อนที่ของธาตุและแหล่งกักเก็บในวัฏจักรของตะกอนและบรรยากาศ

ในอดีตองค์ประกอบไม่สามารถเคลื่อนที่ขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศและสะสมในดิน (ฟอสฟอรัสแคลเซียมโพแทสเซียม) ในขณะที่รอบหลังประกอบด้วยวัฏจักรของก๊าซ (คาร์บอนไนโตรเจน ฯลฯ )

ในวัฏจักรของบรรยากาศองค์ประกอบต่างๆจะอยู่ในชั้นล่างของโทรโพสเฟียร์และมีให้สำหรับบุคคลที่ประกอบกันเป็นไบโอสเฟียร์ ในกรณีของวัฏจักรของตะกอนการปลดปล่อยธาตุจากแหล่งกักเก็บนั้นจำเป็นต้องอาศัยปัจจัยแวดล้อมเช่นการแผ่รังสีแสงอาทิตย์การกระทำของรากพืชฝนและอื่น ๆ

ในบางกรณีระบบนิเวศเดียวอาจไม่มีองค์ประกอบที่จำเป็นทั้งหมดเพื่อให้วงจรสมบูรณ์เกิดขึ้น ในกรณีเหล่านี้ระบบนิเวศใกล้เคียงอื่นอาจเป็นผู้ให้บริการองค์ประกอบที่ขาดหายไปจึงเชื่อมโยงหลายภูมิภาค

ท้องถิ่นและทั่วโลก

การจำแนกประเภทที่สามที่ใช้คือมาตราส่วนที่ทำการศึกษาซึ่งอาจอยู่ในถิ่นที่อยู่ในท้องถิ่นหรือทั่วโลก

การจำแนกประเภทนี้มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับองค์ประกอบก่อนหน้าเนื่องจากองค์ประกอบที่มีปริมาณสำรองในชั้นบรรยากาศมีการกระจายอย่างกว้างขวางและสามารถเข้าใจได้ทั่วโลกในขณะที่องค์ประกอบเป็นแหล่งสำรองของตะกอนและมีความสามารถในการเคลื่อนที่ได้ จำกัด

วัฏจักรของน้ำ

บทบาทของน้ำ

น้ำเป็นส่วนประกอบสำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตบนโลก สิ่งมีชีวิตอินทรีย์ประกอบด้วยน้ำในสัดส่วนที่สูง

สารนี้มีความเสถียรเป็นพิเศษซึ่งทำให้สามารถรักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมภายในสิ่งมีชีวิตได้ นอกจากนี้ยังเป็นสภาพแวดล้อมที่ปฏิกิริยาเคมีจำนวนมหาศาลเกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิต

ในที่สุดมันก็เป็นตัวทำละลายที่เกือบจะเป็นสากล (โมเลกุลอะโพลาร์ไม่ละลายในน้ำ) ซึ่งช่วยให้สารละลายที่มีขั้วเกิดขึ้นได้ไม่ จำกัด

อ่างเก็บน้ำ

ตามเหตุผลแล้วแหล่งกักเก็บน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือมหาสมุทรซึ่งเราพบได้เกือบ 97% ของดาวเคราะห์ทั้งหมดและครอบคลุมมากกว่าสามในสี่ของโลกที่เราอาศัยอยู่ เปอร์เซ็นต์ที่เหลือแสดงโดยแม่น้ำทะเลสาบและน้ำแข็ง

มอเตอร์ของวงจรอุทกวิทยา

มีกองกำลังทางกายภาพหลายชุดที่ขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของของเหลวที่สำคัญผ่านดาวเคราะห์และช่วยให้สามารถดำเนินวงจรอุทกวิทยาได้ พลังเหล่านี้ ได้แก่ พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งทำให้น้ำสามารถผ่านจากสถานะของเหลวไปสู่สถานะก๊าซและแรงโน้มถ่วงที่ขับเคลื่อนโมเลกุลของน้ำกลับสู่โลกในรูปของฝนหิมะหรือน้ำค้าง

เราจะอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับแต่ละขั้นตอนที่กล่าวถึงด้านล่าง:

(i) การระเหย: การเปลี่ยนสถานะของน้ำขับเคลื่อนโดยพลังงานจากดวงอาทิตย์และส่วนใหญ่เกิดขึ้นในมหาสมุทร

(ii) การตกตะกอน: น้ำจะไหลกลับสู่อ่างเก็บน้ำเนื่องจากการตกตะกอนในรูปแบบต่างๆ (หิมะฝน ฯลฯ ) และใช้เส้นทางที่แตกต่างกันไม่ว่าจะไปยังมหาสมุทรไปยังทะเลสาบสู่พื้นดินสู่แหล่งสะสมใต้ดินและอื่น ๆ

ในส่วนประกอบของมหาสมุทรของวัฏจักรกระบวนการระเหยเกินกว่าการตกตะกอนซึ่งส่งผลให้น้ำได้รับสุทธิจากชั้นบรรยากาศ การปิดวงจรเกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนที่ของน้ำผ่านเส้นทางใต้ดิน

การรวมน้ำไว้ในสิ่งมีชีวิต

เปอร์เซ็นต์ที่สำคัญของร่างกายของสิ่งมีชีวิตประกอบด้วยน้ำ ในมนุษย์เราค่านี้อยู่ที่ประมาณ 70% ด้วยเหตุนี้วัฏจักรของน้ำส่วนหนึ่งจึงเกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิต

พืชใช้รากของมันเพื่อรับน้ำผ่านการดูดซึมในขณะที่สิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันและใช้งานอยู่สามารถกินมันได้โดยตรงจากระบบนิเวศหรือในอาหาร

ซึ่งแตกต่างจากวัฏจักรของน้ำวัฏจักรของสารอาหารอื่น ๆ รวมถึงการดัดแปลงที่สำคัญในโมเลกุลตามวิถีของพวกมันในขณะที่น้ำยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ (มีเพียงการเปลี่ยนแปลงสถานะเท่านั้นที่เกิดขึ้น)

การเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรของน้ำเนื่องจากการปรากฏตัวของมนุษย์

น้ำเป็นทรัพยากรที่มีค่าที่สุดอย่างหนึ่งสำหรับประชากรมนุษย์ ปัจจุบันการขาดแคลนของเหลวที่สำคัญเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณและเป็นปัญหาที่ทั่วโลกกังวล แม้ว่าจะมีน้ำปริมาณมาก แต่ก็มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่สอดคล้องกับน้ำจืด

ข้อเสียประการหนึ่งคือการลดปริมาณน้ำเพื่อการชลประทาน การปรากฏตัวของพื้นผิวแอสฟัลต์และคอนกรีตช่วยลดพื้นผิวที่น้ำสามารถซึมผ่านได้

พื้นที่เพาะปลูกที่กว้างขวางยังแสดงถึงการลดลงของระบบรากที่มีปริมาณน้ำเพียงพอ นอกจากนี้ระบบชลประทานยังขจัดน้ำจำนวนมหาศาล

ในทางกลับกันเกลือในการบำบัดน้ำจืดเป็นขั้นตอนที่ดำเนินการในโรงงานเฉพาะ อย่างไรก็ตามการรักษามีราคาแพงและแสดงถึงการเพิ่มขึ้นของระดับการปนเปื้อนทั่วไป

ประการสุดท้ายการบริโภคน้ำที่ปนเปื้อนเป็นปัญหาสำคัญสำหรับประเทศกำลังพัฒนา

วัฏจักรคาร์บอน

บทบาทคาร์บอน

ชีวิตทำจากคาร์บอน อะตอมนี้เป็นกรอบโครงสร้างของโมเลกุลอินทรีย์ทั้งหมดที่เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิต

คาร์บอนช่วยให้เกิดโครงสร้างที่มีความผันแปรสูงและมีเสถียรภาพมากเนื่องจากคุณสมบัติของการสร้างพันธะโควาเลนต์เดี่ยวคู่และสามกับและกับอะตอมอื่น ๆ

ด้วยเหตุนี้จึงสามารถสร้างโมเลกุลได้จำนวนเกือบไม่สิ้นสุด ปัจจุบันรู้จักสารประกอบทางเคมีเกือบ 7 ล้านชนิด ในจำนวนที่สูงนี้ประมาณ 90% เป็นสารอินทรีย์ซึ่งมีฐานโครงสร้างคืออะตอมของคาร์บอน ความเก่งกาจระดับโมเลกุลของธาตุดูเหมือนจะเป็นสาเหตุของความอุดมสมบูรณ์

อ่างเก็บน้ำ

วัฏจักรคาร์บอนเกี่ยวข้องกับระบบนิเวศหลายระบบ ได้แก่ พื้นที่บนบกแหล่งน้ำและบรรยากาศ จากแหล่งกักเก็บคาร์บอนทั้งสามแห่งนี้แหล่งที่มีความสำคัญที่สุดคือมหาสมุทร บรรยากาศยังเป็นอ่างเก็บน้ำที่สำคัญแม้ว่าจะมีขนาดค่อนข้างเล็กกว่าก็ตาม

ในทำนองเดียวกันชีวมวลของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดแสดงถึงแหล่งกักเก็บที่สำคัญสำหรับสารอาหารนี้

การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจ: กระบวนการส่วนกลาง

ทั้งในพื้นที่ในน้ำและบนบกจุดศูนย์กลางของการรีไซเคิลคาร์บอนคือการสังเคราะห์ด้วยแสง กระบวนการนี้ดำเนินการทั้งโดยพืชและชุดของสาหร่ายที่มีกลไกของเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้

นั่นคือคาร์บอนเข้าสู่สิ่งมีชีวิตเมื่อจับมันในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์แสง

ในกรณีของสิ่งมีชีวิตในน้ำที่สังเคราะห์ด้วยแสงการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นโดยตรงจากการรวมตัวขององค์ประกอบที่ละลายในน้ำซึ่งพบได้ในปริมาณที่มากกว่าในบรรยากาศมาก

ในระหว่างการสังเคราะห์แสงคาร์บอนจากสิ่งแวดล้อมจะรวมอยู่ในเนื้อเยื่อของร่างกาย ในทางตรงกันข้ามปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากการหายใจของเซลล์จะดำเนินไปในกระบวนการตรงกันข้ามนั่นคือการปลดปล่อยคาร์บอนที่รวมอยู่ในสิ่งมีชีวิตออกจากชั้นบรรยากาศ

การรวมคาร์บอนในสิ่งมีชีวิต

ผู้บริโภคหลักหรือสัตว์กินพืชกินอาหารจากผู้ผลิตและทำให้คาร์บอนที่เก็บไว้ในเนื้อเยื่อของมันเหมาะสม ณ จุดนี้คาร์บอนใช้สองเส้นทาง: มันถูกเก็บไว้ในเนื้อเยื่อของสัตว์เหล่านี้และอีกส่วนหนึ่งจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศโดยการหายใจในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ดังนั้นคาร์บอนยังคงดำเนินต่อไปตลอดห่วงโซ่อาหารทั้งหมดของชุมชนที่มีปัญหา เมื่อถึงจุดหนึ่งสัตว์จะตายและร่างกายของมันจะถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ ดังนั้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะกลับสู่บรรยากาศและวัฏจักรยังคงดำเนินต่อไป

เส้นทางอื่นของวงจร

ในระบบนิเวศทั้งหมด - และขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ที่นั่น - จังหวะของวัฏจักรแตกต่างกันไป ตัวอย่างเช่นหอยและสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอื่น ๆ ที่ทำให้สิ่งมีชีวิตในทะเลมีความสามารถในการดึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายในน้ำและรวมเข้ากับแคลเซียมเพื่อให้ได้โมเลกุลที่เรียกว่าแคลเซียมคาร์บอเนต

สารประกอบนี้จะเป็นส่วนหนึ่งของเปลือกของสิ่งมีชีวิต หลังจากที่สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ตายไปเปลือกของมันจะค่อยๆสะสมเป็นคราบซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปมันจะเปลี่ยนเป็นหินปูน

หินปูนสามารถสัมผัสและเริ่มละลายได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับบริบททางธรณีวิทยาที่มีการสัมผัสกับแหล่งน้ำ

อีกเส้นทางระยะยาวในวัฏจักรคาร์บอนเกี่ยวข้องกับการผลิตเชื้อเพลิงฟอสซิล ในส่วนถัดไปเราจะดูว่าการเผาผลาญทรัพยากรเหล่านี้ส่งผลต่อวงจรปกติหรือตามธรรมชาติอย่างไร

การเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรคาร์บอนเนื่องจากการปรากฏตัวของมนุษย์

มนุษย์มีอิทธิพลต่อธรรมชาติของวัฏจักรคาร์บอนมานานหลายพันปี กิจกรรมทั้งหมดของเรา - เช่นอุตสาหกรรมและการตัดไม้ทำลายป่า - ส่งผลต่อการปลดปล่อยและแหล่งที่มาขององค์ประกอบที่สำคัญนี้

โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลได้ส่งผลกระทบต่อวัฏจักร เมื่อเราเผาไหม้เชื้อเพลิงเราจะเคลื่อนย้ายคาร์บอนจำนวนมหาศาลที่อยู่ในแหล่งกักเก็บทางธรณีวิทยาที่ไม่ได้ใช้งานไปสู่ชั้นบรรยากาศซึ่งเป็นแหล่งกักเก็บที่ใช้งานอยู่ ตั้งแต่ศตวรรษที่แล้วการปล่อยคาร์บอนเพิ่มขึ้นอย่างมาก

การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศเป็นความจริงที่ส่งผลกระทบต่อเราโดยตรงเนื่องจากมันจะเพิ่มอุณหภูมิของโลกและเป็นหนึ่งในก๊าซที่เรียกว่าก๊าซเรือนกระจก

วัฏจักรของไนโตรเจน

วัฏจักรของไนโตรเจน Remade โดย YanLebrel จากภาพจาก Environmental Protection Agency: http://www.epa.gov/maia/html/nitrogen.html ผ่าน Wikimedia Commons

บทบาทของไนโตรเจน

ในสิ่งมีชีวิตอินทรีย์เราพบไนโตรเจนในโมเลกุลพื้นฐานสองชนิด ได้แก่ โปรตีนและกรดนิวคลีอิก

อดีตมีหน้าที่รับผิดชอบในการทำงานที่หลากหลายตั้งแต่โครงสร้างไปจนถึงการขนส่ง ในขณะที่โมเลกุลหลังเป็นโมเลกุลที่ทำหน้าที่จัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมและแปลเป็นโปรตีน

นอกจากนี้ยังเป็นส่วนประกอบของวิตามินบางชนิดที่เป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับวิถีการเผาผลาญ

อ่างเก็บน้ำ

ไนโตรเจนสำรองหลักคือบรรยากาศ ในพื้นที่นี้เราพบว่า 78% ของก๊าซที่มีอยู่ในอากาศคือก๊าซไนโตรเจน (N _2. )

แม้ว่าจะเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต แต่ทั้งพืชและสัตว์ก็ไม่มีความสามารถในการดึงก๊าซนี้ออกจากชั้นบรรยากาศได้โดยตรงเช่นที่เกิดขึ้นกับคาร์บอนไดออกไซด์เป็นต้น

แหล่งที่มาของไนโตรเจนที่ดูดซึมได้

ด้วยเหตุนี้ไนโตรเจนจึงต้องถูกนำเสนอเป็นโมเลกุลที่ดูดซึมได้ นั่นคือมันอยู่ในรูปแบบลดลงหรือ "คงที่" ตัวอย่างนี้ ได้แก่ ไนเตรต (NO ₃ ^- ) หรือแอมโมเนีย (NH _3. )

มีแบคทีเรียที่สร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับพืชบางชนิด (เช่นพืชตระกูลถั่ว) และเพื่อแลกกับการปกป้องและอาหารที่พวกมันแบ่งปันสารประกอบไนโตรเจนเหล่านี้

แบคทีเรียประเภทอื่น ๆ ยังผลิตแอมโมเนียโดยใช้กรดอะมิโนและสารประกอบไนโตรเจนอื่น ๆ ที่เก็บไว้ในซากศพและของเสียทางชีวภาพเป็นสารตั้งต้น

สิ่งมีชีวิตที่ตรึงไนโตรเจน

มีสองกลุ่มหลักของการแก้ไข แบคทีเรียบางชนิดสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินและเชื้อราแอคติโนมัยเซทสามารถรับโมเลกุลของก๊าซไนโตรเจนและรวมไว้เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนโดยตรงโดยปล่อยส่วนเกินออกมาในรูปของแอมโมเนีย กระบวนการนี้เรียกว่าการแอมโมเนียม

แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในดินอีกกลุ่มหนึ่งสามารถจับแอมโมเนียหรือแอมโมเนียมอิออนเป็นไนไตรต์ได้ กระบวนการที่สองนี้เรียกว่าไนตริฟิเคชัน

กระบวนการตรึงไนโตรเจนที่ไม่ใช่ทางชีวภาพ

นอกจากนี้ยังมีกระบวนการที่ไม่ใช่ทางชีวภาพที่สามารถผลิตไนโตรเจนออกไซด์เช่นพายุไฟฟ้าหรือไฟไหม้ ในเหตุการณ์เหล่านี้ไนโตรเจนจะรวมตัวกับออกซิเจนทำให้เกิดสารประกอบที่ดูดซึมได้

กระบวนการตรึงไนโตรเจนมีลักษณะที่ช้าซึ่งเป็นขั้นตอนที่ จำกัด สำหรับการเพิ่มผลผลิตของระบบนิเวศทั้งบนบกและในน้ำ

การรวมไนโตรเจนในสิ่งมีชีวิต

เมื่อพืชพบแหล่งกักเก็บไนโตรเจนในรูปแบบที่ดูดซึมได้ (แอมโมเนียและไนเตรต) แล้วพวกมันจะรวมเข้ากับโมเลกุลทางชีวภาพที่แตกต่างกัน ได้แก่ กรดอะมิโนส่วนประกอบของโปรตีน กรดนิวคลีอิก; วิตามิน; เป็นต้น

เมื่อไนเตรตรวมอยู่ในเซลล์พืชปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นและจะลดลงกลับสู่รูปแอมโมเนียม

โมเลกุลของไนโตรเจนจะหมุนเวียนเมื่อผู้บริโภคหลักกินพืชและรวมไนโตรเจนไว้ในเนื้อเยื่อของตัวเอง นอกจากนี้ยังสามารถบริโภคโดยผู้กินเศษซากหรือโดยการย่อยสลายสิ่งมีชีวิต

ดังนั้นไนโตรเจนจึงเคลื่อนผ่านห่วงโซ่อาหารทั้งหมด ไนโตรเจนส่วนสำคัญจะถูกปล่อยออกมาพร้อมกับของเสียและซากศพที่ย่อยสลาย

แบคทีเรียที่สร้างชีวิตในดินและในแหล่งน้ำสามารถรับไนโตรเจนนี้และเปลี่ยนกลับเป็นสารที่ดูดซึมได้

ไม่ใช่รอบปิด

หลังจากคำอธิบายนี้ดูเหมือนว่าวัฏจักรไนโตรเจนจะปิดและคงอยู่ในตัวเอง อย่างไรก็ตามนี่เป็นเพียงภาพรวม มีกระบวนการต่างๆที่ทำให้สูญเสียไนโตรเจนเช่นพืชผลการกัดเซาะการปรากฏตัวของไฟการแทรกซึมของน้ำเป็นต้น

อีกสาเหตุหนึ่งเรียกว่าดีไนตริฟิเคชั่นและเกิดจากแบคทีเรียที่เป็นผู้นำกระบวนการ เมื่อพบในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนแบคทีเรียเหล่านี้จะดูดซับไนเตรตและลดจำนวนลงปล่อยกลับสู่บรรยากาศเป็นก๊าซ เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นบ่อยในดินที่มีการระบายน้ำไม่เต็มประสิทธิภาพ

การเปลี่ยนแปลงวัฏจักรไนโตรเจนเนื่องจากการปรากฏตัวของมนุษย์

สารประกอบไนโตรเจนที่มนุษย์ใช้มีผลต่อวัฏจักรไนโตรเจน สารประกอบเหล่านี้ ได้แก่ ปุ๋ยสังเคราะห์ที่อุดมไปด้วยแอมโมเนียและไนเตรต

ไนโตรเจนส่วนเกินนี้ทำให้เกิดความไม่สมดุลในเส้นทางปกติของสารประกอบโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเปลี่ยนแปลงของชุมชนพืชเนื่องจากตอนนี้พวกมันต้องทนทุกข์ทรมานจากการปฏิสนธิมากเกินไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่ายูโทรฟิเคชัน หนึ่งในข้อความของเหตุการณ์นี้คือการเพิ่มขึ้นของสารอาหารไม่ได้เป็นบวกเสมอไป

ผลกระทบที่ร้ายแรงที่สุดประการหนึ่งของข้อเท็จจริงนี้คือการทำลายชุมชนของป่าไม้ทะเลสาบและแม่น้ำ เนื่องจากไม่มีความสมดุลเพียงพอสิ่งมีชีวิตบางชนิดเรียกว่าสิ่งมีชีวิตที่โดดเด่นมีมากเกินไปและครอบงำระบบนิเวศทำให้ความหลากหลายลดลง

วัฏจักรฟอสฟอรัส

ฟอสฟอรัสบทบาท

ในระบบชีวภาพฟอสฟอรัสมีอยู่ในโมเลกุลที่เรียกว่า "เหรียญ" ของเซลล์เช่น ATP และในโมเลกุลการถ่ายเทพลังงานอื่น ๆ เช่น NADP นอกจากนี้ยังมีอยู่ในโมเลกุลของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมทั้งใน DNA และ RNA และในโมเลกุลที่ประกอบเป็นเยื่อหุ้มไขมัน

นอกจากนี้ยังมีบทบาททางโครงสร้างเนื่องจากมีอยู่ในโครงสร้างกระดูกของเชื้อสายของสัตว์มีกระดูกสันหลังรวมทั้งกระดูกและฟัน

อ่างเก็บน้ำ

ซึ่งแตกต่างจากไนโตรเจนและคาร์บอนไม่พบฟอสฟอรัสเป็นก๊าซอิสระในบรรยากาศ อ่างเก็บน้ำหลักคือหินซึ่งเชื่อมโยงกับออกซิเจนในรูปของโมเลกุลที่เรียกว่าฟอสเฟต

ตามที่คาดไว้กระบวนการผลัดขนนี้ช้า ดังนั้นฟอสฟอรัสจึงถือเป็นสารอาหารที่หายากในธรรมชาติ

การรวมฟอสฟอรัสในสิ่งมีชีวิต

เมื่อสภาพทางภูมิศาสตร์และภูมิอากาศเหมาะสมหินจะเริ่มกระบวนการสึกกร่อนหรือสึกหรอ เนื่องจากฝนตกฟอสเฟตจะเริ่มถูกเจือจางและสามารถดูดซึมได้โดยรากของพืชหรือโดยสิ่งมีชีวิตหลักอีกชุดหนึ่ง

สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงชุดนี้มีหน้าที่ในการรวมฟอสฟอรัสไว้ในเนื้อเยื่อของพวกมัน ฟอสฟอรัสเริ่มจากสิ่งมีชีวิตพื้นฐานเหล่านี้เริ่มเคลื่อนผ่านระดับโภชนาการ

ในแต่ละลิงค์ในห่วงโซ่ส่วนหนึ่งของฟอสฟอรัสจะถูกขับออกโดยบุคคลที่เป็นส่วนประกอบ เมื่อสัตว์ตายแบคทีเรียชนิดพิเศษหลายชนิดจะดูดซับฟอสฟอรัสและรวมกลับเข้าไปในดินเป็นฟอสเฟต

ฟอสเฟตสามารถใช้สองเส้นทาง: ถูกดูดซับอีกครั้งโดย autotrophs หรือเริ่มสะสมในตะกอนเพื่อกลับสู่สภาพหิน

ฟอสฟอรัสที่มีอยู่ในระบบนิเวศของมหาสมุทรจะลงเอยด้วยตะกอนของแหล่งน้ำเหล่านี้และบางส่วนสามารถดูดซึมได้โดยผู้อยู่อาศัย

การเปลี่ยนแปลงวัฏจักรฟอสฟอรัสเนื่องจากการปรากฏตัวของมนุษย์

การปรากฏตัวของมนุษย์และเทคนิคทางการเกษตรของพวกเขาส่งผลต่อวัฏจักรฟอสฟอรัสในลักษณะเดียวกับที่ส่งผลต่อวัฏจักรไนโตรเจน การใช้ปุ๋ยทำให้ปริมาณธาตุอาหารเพิ่มขึ้นอย่างไม่สมส่วนซึ่งนำไปสู่การยูโทรฟิเคชันของพื้นที่ทำให้เกิดความไม่สมดุลในความหลากหลายของชุมชน

คาดว่าในช่วง 75 ปีที่ผ่านมาอุตสาหกรรมปุ๋ยได้ทำให้ความเข้มข้นของฟอสฟอรัสเพิ่มขึ้นเกือบสี่เท่า

วัฏจักรของซัลเฟอร์

บทบาทของกำมะถัน

กรดอะมิโนเอมีน NADPH และโคเอนไซม์ A เป็นโมเลกุลทางชีวภาพที่ทำหน้าที่ต่างๆในการเผาผลาญอาหาร พวกมันทั้งหมดมีกำมะถันอยู่ในโครงสร้าง

อ่างเก็บน้ำ

แหล่งกักเก็บกำมะถันมีความหลากหลายมากรวมถึงแหล่งน้ำ (สดและเกลือ) สภาพแวดล้อมบนบกบรรยากาศหินและตะกอน ส่วนใหญ่พบเป็นก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO _2. )

การรวมตัวของกำมะถันในสิ่งมีชีวิต

จากแหล่งกักเก็บซัลเฟตจะเริ่มละลายและการเชื่อมโยงแรกในห่วงโซ่อาหารสามารถจับมันเป็นไอออนได้ หลังจากเกิดปฏิกิริยารีดักชันกำมะถันก็พร้อมที่จะรวมเข้ากับโปรตีน

เมื่อรวมเข้าด้วยกันแล้วองค์ประกอบสามารถดำเนินต่อไปผ่านห่วงโซ่อาหารได้จนกว่าสิ่งมีชีวิตจะตาย แบคทีเรียมีหน้าที่ปล่อยกำมะถันที่ติดอยู่ในซากศพและของเสียกลับคืนสู่สิ่งแวดล้อม

วงจรออกซิเจน

วงจรออกซิเจน Eme Chicano จาก Wikimedia Commons

บทบาทของออกซิเจน

สำหรับสิ่งมีชีวิตที่มีการหายใจแบบแอโรบิคและการหายใจแบบใช้ออกซิเจนเป็นตัวแทนของตัวรับอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาการเผาผลาญที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้ ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องรักษาการได้รับพลังงาน

อ่างเก็บน้ำ

แหล่งกักเก็บออกซิเจนที่สำคัญที่สุดในโลกแสดงโดยชั้นบรรยากาศ การมีอยู่ของโมเลกุลนี้ทำให้บริเวณนี้มีลักษณะออกซิไดซ์

การรวมตัวของออกซิเจนในสิ่งมีชีวิต

เช่นเดียวกับในวัฏจักรคาร์บอนการหายใจของเซลล์และการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นสองเส้นทางการเผาผลาญที่สำคัญซึ่งกำหนดเส้นทางการเคลื่อนที่ของออกซิเจนบนโลก

ในกระบวนการหายใจสัตว์จะรับออกซิเจนและผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นของเสีย ออกซิเจนมาจากเมแทบอลิซึมของพืชซึ่งสามารถรวมคาร์บอนไดออกไซด์และใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับปฏิกิริยาในอนาคต

วัฏจักรของแคลเซียม

อ่างเก็บน้ำ

แคลเซียมพบในธรณีภาคซึ่งฝังตัวอยู่ในตะกอนและหิน หินเหล่านี้อาจเป็นผลผลิตจากซากดึกดำบรรพ์ของสัตว์ทะเลที่มีโครงสร้างภายนอกอุดมไปด้วยแคลเซียม นอกจากนี้ยังพบในถ้ำ

การรวมแคลเซียมในสิ่งมีชีวิต

ฝนตกและเหตุการณ์ทางภูมิอากาศอื่น ๆ ทำให้เกิดการสึกกร่อนของหินที่มีแคลเซียมทำให้เกิดการปลดปล่อยและปล่อยให้สิ่งมีชีวิตดูดซับไว้ที่จุดใดก็ได้ในห่วงโซ่อาหาร

สารอาหารนี้จะรวมอยู่ในสิ่งมีชีวิตและในช่วงเวลาที่มันตายแบคทีเรียจะทำปฏิกิริยาการสลายตัวที่เกี่ยวข้องซึ่งจะทำให้เกิดการปลดปล่อยองค์ประกอบนี้และความต่อเนื่องของวัฏจักร

ถ้าแคลเซียมถูกปล่อยลงสู่แหล่งน้ำก็สามารถกักเก็บไว้ที่ด้านล่างและการก่อตัวของหินจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง การกำจัดของน้ำใต้ดินยังมีส่วนสำคัญในการเคลื่อนย้ายแคลเซียม

ตรรกะเดียวกันนี้ใช้กับวัฏจักรของโพแทสเซียมไอออนซึ่งพบในดินเหนียว

วงจรโซเดียม

บทบาทของโซเดียม

โซเดียมเป็นไอออนที่ทำหน้าที่หลายอย่างในร่างกายของสัตว์เช่นแรงกระตุ้นของเส้นประสาทและการหดตัวของกล้ามเนื้อ

อ่างเก็บน้ำ

แหล่งกักเก็บโซเดียมที่ใหญ่ที่สุดอยู่ในน้ำที่ไม่ดีซึ่งจะละลายในรูปของไอออน โปรดจำไว้ว่าเกลือทั่วไปเกิดจากการรวมกันระหว่างโซเดียมและคลอรีน

การรวมโซเดียมในสิ่งมีชีวิต

โซเดียมส่วนใหญ่ประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตที่สร้างสิ่งมีชีวิตในทะเลซึ่งดูดซับและสามารถขนส่งไปยังบกไม่ว่าจะทางน้ำหรืออาหาร ไอออนสามารถเดินทางที่ละลายในน้ำตามเส้นทางที่อธิบายไว้ในวัฏจักรของอุทกวิทยา

อ้างอิง

1. Berg, JM, Stryer, L. , และ Tymoczko, JL (2007) ชีวเคมี. ฉันย้อนกลับ
2. แคมป์เบลล์ MK และฟาร์เรล SO (2011) ชีวเคมี. ทอมสัน บรูคส์ / โคล.
3. Cerezo García, M. (2013). พื้นฐานชีววิทยาขั้นพื้นฐาน. สิ่งพิมพ์ของ Universitat Jaume I.
4. Devlin, TM (2011). ตำราชีวเคมี. John Wiley & Sons
5. ฟรีแมน, S. (2017). วิทยาศาสตร์ชีวภาพ. การศึกษาของเพียร์สัน.
6. Galan, R. , และ Torronteras, S. (2015). ชีววิทยาพื้นฐานและสุขภาพ เอลส์
7. กามา, M. (2007). ชีววิทยา: แนวทางคอนสตรัคติวิสต์ (ฉบับที่ 1). การศึกษาของเพียร์สัน.
8. Koolman, J. , & Röhm, KH (2005). ชีวเคมี: ข้อความและแผนที่ Panamerican Medical Ed.
9. Macarulla, JM และGoñi, FM (1994) ชีวเคมีของมนุษย์: หลักสูตรพื้นฐาน ฉันย้อนกลับ
10. มอลโดวานู, เซาท์แคโรไลนา (2548). การวิเคราะห์ไพโรไลซิสของพอลิเมอร์อินทรีย์สังเคราะห์ (ฉบับที่ 25) เอลส์
11. มัวร์เจทีแอนด์แลงลีย์ RH (2010) ชีวเคมีสำหรับหุ่น John Wiley & Sons
12. Mougios, V. (2549). การออกกำลังกายทางชีวเคมี จลนศาสตร์ของมนุษย์
13. Müller-Esterl, W. (2008). ชีวเคมี. พื้นฐานด้านการแพทย์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ฉันย้อนกลับ
14. Poortmans, JR (2004). หลักการออกกำลังกายทางชีวเคมี. 3 ^ถฉบับ Karger
15. Teijón, JM (2549). พื้นฐานของชีวเคมีโครงสร้าง บรรณาธิการTébar
16. Urdiales, BAV, del Pilar Granillo, M. , & Dominguez, MDSV (2000) ชีววิทยาทั่วไป: ระบบสิ่งมีชีวิต. กรุปโปบรรณาธิการ Patria
17. Vallespí, RMC, Ramírez, PC, Santos, SE, Morales, AF, Torralba, MP, & Del Castillo, DS (2013) สารประกอบทางเคมีหลัก บรรณาธิการ UNED
18. Voet, D. , & Voet, JG (2006). ชีวเคมี. Panamerican Medical Ed.