Resumo de biologia: Ciclo da matéria: Ciclos biogeoquímicos
Ciclo do oxigênio e da água
O ciclo da matéria é um processo contínuo de transformação e reciclagem dos elementos químicos na Terra, envolvendo a transferência desses elementos entre o meio e os organismos vivos. Os principais componentes químicos envolvidos no ciclo da matéria incluem o carbono, o hidrogênio, o oxigênio e o nitrogênio. Esses elementos são encontrados em diferentes formas e estados na natureza, e são utilizados pelos seres vivos para realizar suas funções vitais.
A atmosfera é o reservatório de gases como o oxigênio, o dióxido de carbono e o nitrogênio, e podem ser absorvidos e transformados por organismos vivos através processos biológicos, em moléculas orgânicas, que através de outros processos bioquímicos podem ser novamente transformados, retornando esses elementos novamente a atmosfera, reiniciando o ciclo da matéria.
A produção de gás oxigênio ocorre principalmente através da fotossíntese realizada pelas plantas e algas, que são posteriormente absorvidas por organismos aeróbicos, que realizam a respiração celular, oxidando moléculas orgânicas para obtenção de energia, formando moléculas de água, a partir do gás oxigênio capturado.
O ciclo da água começa com a evaporação da água dos oceanos, rios, lagos e solo, e em forma de vapor de água sobe para atmosfera. Esse vapor se condensa para formar nuvens e, em seguida, a precipitação ocorre, na forma de chuva, neve ou granizo a água retorna à superfície da Terra. A água da precipitação pode seguir diferentes caminhos ao atingir a superfície da Terra, como infiltrar no solo e formar aquíferos, fluir para rios e lagos, ou evaporar novamente, no chamado ciclo curto da água, ou também pode ser absorvida pelas plantas através das raízes ou consumida pelos animais e, em seguida, através da transpiração, respiração ou excreção, retorna ao meio, no chamado ciclo longo da água.
Ciclo do carbono e do nitrogênio
O ciclo do carbono descreve a movimentação do elemento carbono na biosfera, na atmosfera e nos oceanos. A partir da absorção de dióxido de carbono (CO2) da atmosfera pelos autótrofos através da fotossíntese e quimiossíntese, o carbono é incorporado em moléculas orgânicas, como carboidratos e proteínas, que são consumidas por outros organismos e, eventualmente, retornam à atmosfera através da respiração ou da decomposição. Parte desse carbono pode ser armazenado na biomassa, no solo e nos oceanos por longos períodos, formando inclusive os combustíveis fósseis, que após a combustão retorna a atmosfera como CO2 ou outros gases que contém carbono, como CO2 ou CH4.
Outro composto importante na formação de moléculas orgânicas é o nitrogênio, já que compõem o grupo amina dos aminoácidos que formam as proteínas e as bases nitrogenadas dos nucleotídeos dos ácidos nucleicos (DNA e RNA), além de componente de algumas vitaminas. Na atmosfera o nitrogênio encontra-se na forma de N2, molécula incapaz de ser absorvida pela grande maioria dos organismos vivos, mas que pode ser convertida em NH3 (amônia) por processos de fixação, excreção ou decomposição. Na superfície, a amônia pode ser convertida em íons NO2- (nitrito) e posteriormente em NO3- (nitrato), processo conhecido como nitrificação, também realizado por bactérias. Através da absorção de íons amônio e nitrato os autótrofos sintetizam moléculas orgânicas nitrogenadas que são adquiridos pelos heterótrofos através da cadeia alimentar.
Completando o ciclo, bactérias podem converter íons nitrato novamente em gás nitrogênio, processo denominado de desnitrificação.
Etapas do ciclo do nitrogênio
O gás nitrogênio presente na atmosfera pode se transformar em moléculas de amônia, processo denominado fixação atmosférica, quando realizado pela ação de raios, ou fixação biológica quando realizado por microrganismos como as cianobactérias no meio aquático e bactérias no solo ou em nódulos das raízes de leguminosas, como os microrganismos do gênero Rhizobium.
A excreção ou a decomposição da matéria orgânica no meio também é responsável pela formação de amônia (amonificação) que pode ser absorvida pelos autótrofos ou passar pelo processo de nitrificação. A amônia presente no meio pode ser convertida em íons nitrito (NO2-) e posteriormente em íons nitrato (NO3-) em processos conhecidos como, respectivamente, nitrosação, realizada por bactérias do gênero Nitrosomonas, e nitratação, realizada por bactérias do gênero Nitrobacter, ambas bactérias quimiossintetizantes. A amônia (íons amônio) e, principalmente o nitrato, podem ser absorvidos pelos autótrofos e são utilizados na síntese de moléculas nitrogenadas, como aminoácidos, bases nitrogenadas e até vitaminas, que são transferidas aos outros organismos através da cadeia alimentar.
Íons nitrato, além de absorvidos, podem ser utilizados por outras bactérias, como as do gênero Pseudomonas, presentes no solo, em processos bioenergéticos, resultando novamente em moléculas de gás nitrogênio, retornando a atmosfera.