Chu trình dinh dưỡng - vòng tuần hoàn dinh dưỡng yếu tố cơ bản của sự sống

Vai trò của vi sinh vật trong vòng tuần hoàn chất dinh dưỡng – yếu tố làm nên sự sống


Chu trình dinh dưỡng là chìa khóa của tất cả sự sống trên trái đất. Có 6 chu kỳ dinh dưỡng chính, tất cả đều phụ thuộc vào một điều: chuyển giao năng lượng và vật chất từ hóa chất không sự sống sang các sinh vật sống.
Thêm nữa, tất cả các chu trình dinh dưỡng đều chia sẻ với nhau một yếu tố quan trọng khác: cần phải có các vi sinh vật để hoạt động bình thường.
Vi sinh vật tham gia vào tất cả 6 chu trình dinh dưỡng chính. Và, trên thực tế, vi sinh vật là những nhà tái chế chính trên hành tinh. Nói cách khác, chúng là yếu tố tái chế chất dinh dưỡng chính giữa các sinh vật sống.
6 chu trình dinh dưỡng chính
• Chu kỳ carbon
• Vòng tuần hoàn nước
• Chu trình nitơ
• Chu trình lưu huỳnh
• Chu kỳ phốt pho
• Chu trình oxy

Chu trình carbon

Các chu kỳ carbon là quá trình trong đó cacbon đi từ không khí vào các sinh vật và Trái đất và sau đó trở lại vào khí quyển. Cây cối lấy hút cacbonic từ không khí và sử dụng nó để làm ra thực phẩm. Sau đó, động vật ăn thức ăn và carbon được lưu trữ trong cơ thể chúng hoặc thải ra dưới dạng CO₂ thông qua quá trình hô hấp.

Vi sinh vật và chu trình cacbon
Hãy thêm một chút vào định nghĩa của chúng ta. Khi định nghĩa về “động vật” ta hãy thêm vi sinh vật vào.
Các vi sinh vật bổ sung vào chu trình carbon. Một nhóm vi khuẩn (sinh vật dị dưỡng) có thể phân hủy các phân tử hữu cơ. Khi điều này xảy ra, chúng thải CO₂ vào khí quyển. Cũng giống như thực vật.
Một nhóm vi khuẩn khác, sinh vật tự dưỡng, lại cố định CO₂ trong khí quyển và tạo ra các hợp chất hữu cơ, như carbohydrate (đường) chẳng hạn.
Đó chính là một nơi vi sinh vật đóng vai trò trong việc tái chế chất dinh dưỡng.
Một vai trò quan trọng khác của vi sinh vật trong đất trong chu trình cacbon là làm thoái hóa hoặc phân hủy động vật và thực vật, giải phóng chất dinh dưỡng, bao gồm cả cacbon, vào trong hệ sinh thái. Ngoài ra, chúng tích tụ một số carbon trong cấu trúc tế bào của chúng.
Theo cách này, carbon được tuần hoàn và tái chế thông qua hệ sinh thái của trái đất.

Chu trình nước

Có 4 phần chính trong chu trình nước, còn được gọi là chu trình thủy văn. Như với tất cả các chu trình dinh dưỡng, có nhiều phần phụ nằm ngoài cuộc thảo luận ở đây.
Vì vậy, vì mục đích của bài viết này, chúng ta chỉ nói về 4 phần chính của chu trình nước là:
• Sự bay hơi: xảy ra khi nước được làm nóng bởi mặt trời. Thoát hơi nước có thể được coi là một dạng bay hơi.
• Đối lưu: Đối lưu trong vòng tuần hoàn của nước là khi không khí ở gần bề mặt được đốt nóng, bốc hơi. Hơi nước bay trong không khí gặp lạnh chuyển thành dạng lỏng, hình thành những đám mây. Đây được gọi là sự ngưng tụ
• Mưa: Khi đám mây đủ nặng ta có các loại mưa; mưa rào, mưa đá, tuyết, bão tuyết.
• Lưu trữ: Hầu hết nước trên Trái đất được giữ lại. Trên thực tế, khoảng 96% lượng nước được lưu trữ trong đại dương.

Vi sinh vật và chu trình nước – Vòng tuần hoàn dinh dưỡng

Mọi sự sống đều cần nước và vi sinh vật cũng không phải ngoại lệ.

Gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng vi khuẩn đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành băng trong các đám mây. Chúng là những chất xúc tác tạo băng hiệu quả nhất. Sự hình thành của băng trong các đám mây là rất quan trọng vì đây là cách tuyết và mưa hình thành.

Chu trình Nitơ - Chu trình chất dinh dưỡng

Chu trình nitơ là một chu trình sinh địa hóa, theo đó nitơ được chuyển đổi về mặt hóa học thành nhiều dạng. Sau đó, nó luân chuyển giữa các hệ sinh thái biển, hệ sinh thái trên cạn và khí quyển. Nitơ có thể được chuyển đổi thông qua các quá trình hóa học, vật lý và sinh học.
Chúng ta hãy nói thêm về điều này một chút.
Phần lớn Nitơ trong khí quyển ở dạng N₂. Trên thực tế, bầu khí quyển được tạo thành từ khoảng 78% N₂.
Vấn đề là hầu hết các loài thực vật và động vật không thể sử dụng Nitơ có trong khí quyển. Mà Nitơ lại là nguyên tố cần thiết cho sự sống. Nitơ là thành phần cơ bản trong các axit amin (thành phần cấu tạo nên protein) và trong các axit nucleic (RNA và DNA).

Vi sinh vật và chu trình nitơ

Đây là một phần của chu trình nitơ, trong đó vi sinh vật đóg vai trò chuyển hóa quan trọng.
Có một nhóm vi sinh vật trong đất có thể chuyển hóa N₂ trong khí quyển thành NH₃ (amoniac) có thể sử dụng được. Amoniac này sau đó được sử dụng cho một nhóm vi khuẩn đất khác, vi khuẩn nitrat hóa.
Vi khuẩn nitrat hóa có thể chuyển đổi amoniac thành NO₂ (nitrat) hoặc NO₃ (nitrit). Cả ba dạng của nitơ: amoniac, nitrat và nitrit đều có thể được cây trồng sử dụng để sinh trưởng.
Bước cuối cùng của chu trình nitơ cũng được thực hiện bởi vi khuẩn để khử nitơ. Khử nitrat là sự chuyển đổi sinh học từ NO₂ (nitrat) thành N₂. Sau đó N₂ trở lại khí quyển để hoàn thành chu trình dinh dưỡng nitơ.
Như bạn có thể thấy, đây là một chu trình dinh dưỡng không thể thực hiện được nếu không có các vi sinh vật trong đất.

Chu trình lưu huỳnh - Chu trình dinh dưỡng
Ví dụ tiếp theo về tái chế chất dinh dưỡng là chu trình lưu huỳnh.
Chu trình lưu huỳnh cũng là một chu trình sinh địa hóa, theo đó lưu huỳnh lưu thông trong tự nhiên dưới nhiều hình thức khác nhau.
Lưu huỳnh là một chất dinh dưỡng quan trọng đối với cả thực vật và động vật vì nó là thành phần của một số axit amin, chẳng hạn như cysteine và homocysteine. Như chúng ta đã thấy trước đây, axit amin là thành phần cấu tạo nên protein.

Vi sinh vật và chu trình lưu huỳnh - Tái chế chất dinh dưỡng

Một số vi khuẩn có khả năng khử lưu huỳnh thành H₂S. Một số khác có thể oxy hóa lưu huỳnh thành SO₄.
Quá trình khử lưu huỳnh thành axit sulfuric rất thú vị và có thể gây ra các vấn đề về môi trường. Tuy nhiên, đây không phải là trọng tâm chính của bài viết này.
Hãy quan tâm đến SO₄ vì đây là dạng lưu huỳnh có thể được hấp thụ bởi rễ cây. Sau khi được rễ hấp thụ, SO₄ có thể được kết hợp thành các axit amin và tạo nên protein.
Điều quan trọng là quá trình oxy hóa lưu huỳnh cần cả nước và oxy.

Chu trình phốt pho
Phốt pho có nhiều trên bề mặt Trái đất dưới dạng phốt phát thường được tìm thấy trong đá.
Thực vật cần phốt pho để quang hợp, trong DNA và RNA và trong các phản ứng năng lượng cho ATP và ADP.
Thực vật có thể hấp thụ phốt phát vô cơ và chất này chuyển sang động vật khi chúng ăn vào thực vật.
Các vi sinh vật hỗ trợ trong chu trình này bằng cách trả lại phốt pho cho đất trong quá trình phân hủy thực vật và động vật.
Theo cách này, phốt pho thực hiện chu trình của mình trong hệ sinh thái.

Chu trình oxy
Chu trình oxy là cách oxy luân chuyển giữa môi trường không có sự sống và môi trường các sinh vật sống như thực vật và động vật.
Chu trình Oxy có thể được chia thành ba bước chính.
• Thực vật, như một sản phẩm phụ của quá trình quang hợp, thải O₂ vào khí quyển.
• Các sinh vật hiếu khí, như động vật và hầu hết các vi sinh vật đều sử dụng O₂ tự do trong quá trình hô hấp.
• Cuối cùng, các sinh vật hiếu khí giống nhau, thải CO₂ vào khí quyển. Thực vật sử dụng CO₂ trong quá trình quang hợp và chu trình bắt đầu lại.
Theo cách này, oxy luân chuyển qua lại giữa các hệ sinh thái khác nhau của Trái đất.