Rychlokurz ekologie
Přihlásit se
Rychlokurz ekologie (8/9) · 8:42

Cyklus dusíku a fosforu: Kdo recykluje, žije! Dusík ve vzduchu a fosfor v horninách jsou velmi těžce biologicky dostupné. Jak nám v tomto pomáhají rostiny a proč vlastně dusík a fosfor potřebujeme?

Není nic tak hrozného, jako potřebovat něco, co leží přímo před vámi, ale nemoci to dostat. Řekněme, že jste na záchranném člunu uprostřed oceánu a umíráte žízní, kolem sebe máte 1250 milionů kilometrů krychlových vody, ale nemůžete vypít ani kapku. Nebo sedět každý den v matice vedle Megan Kaleové, ale přitom vědět, že na ní prostě nemáte. Mnoho organismů na Zemi se neustále ocitá v této situaci. Většinou ale marně netouží po vodě nebo tělesné blízkosti, ale po živinách, konkrétně dusíku a fosforu. Na Zemi máme spoustu prvků, které procházejí cykly chvíli jsou v jedné formě nebo místě, než se posunou jinam. Jak víte, živé bytosti potřebují spoustu věcí. Například živočichové potřebují kyslík, uhlík a vodík. Tyto prvky patří do koloběhu vody a uhlíku, o kterém jsme mluvili minule, ale tvoří nás také 3% dusíku a 1% fosforu. Tyto hodnoty nevypadají významně, ale přestože jich máme v těle pomálu, potřebujeme dusík k tvorbě aminokyselin, které tvoří proteiny, které tvoří celé naše tělo a taky DNA a RNA. DNA a RNA potřebují i fosfor. Nemusím zmiňovat, že "P" ve zkratce ATP znamená fosfor a taky "fosfo-" ve fosfolipidové dvojvrstvě. Nepotřebujeme jich tuny, ale jsou důležité a vyskytují se všude. Vzduch, který dýcháme, je převážně dusík a voda a horniny všude kolem nás jsou plné fosforu. Jak jsem řekl, jsou jen zřídka biologicky dostupné. A jako obvykle, tento problém řeší rostliny. Všichni ostatní, kteří potřebují tyto živiny, musí sníst pár rostlin nebo sníst něco, co snědlo rostliny. Ale jak rostliny řeší tento problém a proč vůbec nastává? No, dejte mi pár minut, vysvětlím to. (povzbudivá hudba) Pojďme nejdřív mluvit o koloběhu dusíku, jelikož dusík je opravdu všude kolem nás, zrovna teď ho cítím, je tady, ve vzduchu. Proč je tak těžké nějak přímo do těla dostat to, co nás neustále obklopuje, aby nám to bylo užitečné? Přestože dusík tvoří 78% atmosféry, všimnete si, že se skládá ze dvou atomů dusíku spojených trojitou vazbou. Jedna věc je rozbít jednoduchou kovalentní vazbu, ale trojitou? Takže si umíte představit, že oddělit tyhle dva atomy je dost námaha, ale tahle molekula musí být rozdělena, aby ji rostliny vstřebaly. Rostliny dokáží vstřebávat spoustu forem dusíku, dusičnany, méně také dusitany, a dokonce amonné kationty, které dostanete, když smícháte amoniak s vodou, ale všechen ten zatracený dusík v atmosféře je za hranicemi jejich sil. Takže rostliny potřebují pomoc, aby mohly využít oceán dusíku, ve kterém všichni plaveme, aby ho využili, musí být vázaný. Přestože rostliny nejsou dost mazané, aby dokázaly rozdělit dva atomy dusíku, existují bakterie, které umí dusík vázat. Tyhle bakterie žijí v půdě nebo ve vodě nebo dokonce tvoří symbiotické vztahy s hlízkami některých rostlin, většinou s bobovitými. To je velká čeleď rostlin: sója, jetel, arašídy, kudzu, všechny luštěniny. Tyto bakterie sedí na hlízách a přeměňují atmosférický dusík na amoniak. Když se smíchá s vodou, vznikne amonný kationt, který rostliny využijí. Dokáží to díky speciálnímu enzymu, nitrogenáze. Je to jediný biologický enzym, co dokáže rozbít tu šílenou trojnou vazbu. Amoniak mohou produkovat také rozkladači: houby, protisté a jiné druhy bakterií, které si smlsnou na vašich proteinech a DNA až umřete, ale nejsou vybíraví, mají rádi i hovínka a moč. Jakmile skončí, amoniaku se ujmou jiné bakterie, známé jako nitrifikační, a přemění ho na dusičnany; tři atomy kyslíku vázané na atom dusíku, a dusitany, dva atomy kyslíku vázané na atom dusíku. Rostliny je vstřebávají ještě lépe než amonné kationty. Měli byste si z toho odnést, že kdyby nebylo těchto bakterií, bylo by mnohem méně biologicky dostupného dusíku a díky tomu by na naší planetě žilo mnohem méně věcí. Takže jako obvykle: díky bakterie. Máte to u nás. Měl bych ale zmínit, že nejen bakterie dokáží rozbít molekulu dusíku. Blesky... ...mají dostatek energie, aby rozbily vazby mezi dusíky, což je rozhodně úžasný a proto to stojí za zmínku. A koumáci ve 20. století přišli na několik způsobů, jak synteticky vyrobit spoustu dusíku najednou, a proto máme nyní syntetická hnojiva. Všude kolem tu roste tolik jídla. Jakmile je dusík přeměněn do formy, kterou rostliny mohou využít k výrobě DNA a RNA a aminokyselin, organický dusík stoupá v potravním řetězci. Zvířata sní rostliny a využijí všechen ten sladký a dostupný dusík k tvorbě vlastních aminokyselin. V naší moči, výkalech a mrtvých tělech si potom lebedí rozkladači, rozkládají dusíkaté sloučeniny na amoniak a tak dále, až se jednoho dne organický dusík dostane k denitrifikačním bakteriím, jejichž metabolismus zpracovává oxidy dusíku zpět na plynný dusík pomocí speciálního enzymu nitrátreduktázy. Odvedou si svoji práci a vypustí N2 zpět do atmosféry. A toto, přátelé, je cyklus dusíku. Hlavní je si zapamatovat: a) hodně toho dlužíte bakteriím, protože dokázaly vynalézt enzym, který rozbíjí trojitou vazbu plynného dusíku; b) hodně toho dlužíte rostlinám, protože dokážou zchroustat dusík, a vy si můžete v klidu chroustat mrkev. a za c) dusík je super, dusík je všude a zároveň nám uniká - zaslouží si náš obdiv. A teď se vrhneme na cyklus fosforu. Na fosforu je zajímavé, že z těch, o kterých budeme mluvit, se jako jediný nevyskytuje v atmosféře. Fosfor se nechce zahazovat se vzduchem, ale s litosférou, to je nóbl označení zemské kůry, kde je fosforu opravdu dost. Neorganický fosfor obsahují horniny, a to hlavně sedimentární, které vznikly na dně oceánů a jezer, kam klesly uhynulé organismy, jejich těla bohatá na fosfor se tam hromadila a časem vytvořila horniny bohaté na fosfor. Bohužel, na Zemi není mnoho organismů živících se kamením, jen pár bakterií, kterým se mimochodem říká litotrofní. Když ale dojde k odhalení těchto hornin, voda je vyeroduje a některé fosfáty se v ní rozpustí. Tyto rozpuštěné fosfáty jsou ihned dostupné k asimilaci rostlinám, které pak sní živočichové. Další část cyklu je stejná jako u cyklu dusíku. Když upadne list, někdo něco vyloučí nebo umře, rozkladači to rozloží a uvolní fosfáty zpět do půdy nebo vody. Fosfátů je v půdě asi tolik, kolik dvacetidolarovek na chodníku. Uvolněné fosfáty totiž ihned znovu vstřebají rostliny, a tento malý cyklus se neustále opakuje. Z rostlin do zvířat, přes rozkladače do půdy a zpět do rostlin. Opakuje se, dokud se atom fosforu nedostane do nějaké vodní nádrže, protože vodní a mořské ekosystémy potřebují fosforu opravdu hodně. Jakmile se atom fosforu dostane do hlubokého jezera nebo oceánu, koluje mezi tamními organismy: řasy, plankton, ryby, a tento koloběh může trvat velmi dlouho. Tedy ne tak dlouho, jako když je fosfor uvězněný v hornině, což může trvat miliony let, ale odhaduje se, že atom fosforu může kolovat v biologickém cyklu stovky tisíc let. Nakonec se dostane do něčeho, co uhyne a spadne do hluboké díry, kde rozkladači nemohou přežít, vrství se tam sedimenty a nakonec se přemění na horniny, které jsou pak vyzvednuty do hor a obnaženy, fosfáty se vyerodují zpět a cyklus je uzavřen! Tak to tedy chodí s dusíkem a fosforem. Živé organismy je potřebují, ale přestože jsou všude kolem, jsou vzácným zbožím, protože je těžké se k nim dostat, buď protože nejdřív musí být přeměněny na využitelnou formu, nebo protože jsou uvězněny v podzemí. Ale vy víte, že my jsme ty nejchytřejší opice, takže se můžete vsadit, že jsme přišli na to, jak uvolnit kdejaké sloučeniny dusíku a fosforu na naší zelenou planetu. Většinou ve snaze nakrmit naše děti a nás samotné, což je dobrý záměr, který může někdy překročit meze. Jsme už prostě takoví, že když vidíme, jak v přírodě něco chybí nebo neladí, snažíme se to dokonale opravit. Tak jsme pro cykly dusíku a fosforu vynalezli hnojiva, tuny a tuny hnojiv. Uhádli jste, co jsou jejich hlavní složky: dusík a fosfor. Příběh o objevu výroby amoniaku z dusíku pro hnojiva a chemické zbraně je hodně zajímavý a vypráví o jednom zlém šílenci. Doporučuji vám se podívat na toto video o Fritzi Haberovi, muži, který to vše spustil během první světové války. Určitě znáte výhody hnojiv. Díky tomuto zázraku dokážeme vypěstovat mnohem více potravin než kdykoli předtím, a proto jsou ekosystémy všude na světě bombardovány neuvěřitelnými dávkami dusíku a fosforu. Tím se dostáváme k poslední kapitole našeho povídání o ekologii, a to je vliv člověka na biosféru. Někdy díky naší snaze vylepšit přírodu, někdy díky naší hloupé sebestřednosti, a většinou díky obojímu jsme dospěli k vážnému poškozování biosféry, a to nepočitatelně mnoha způsoby.
video