دورة الفوسفور: افهم كيف تعمل
تعاني الدورة البيوجيوكيميائية للفوسفور بشكل متزايد من التدخل البشري
لفهم كيفية عمل دورة الفوسفور ، عليك أولاً معرفة مكونها الرئيسي: الفوسفور (P). الفوسفور عنصر كيميائي يتفاعل بسهولة مع الآخرين. لهذا السبب لا يتم العثور عليها بشكل طبيعي دون الارتباط ببعض العناصر الأخرى. إنه أيضًا أحد المكونات الأساسية في الطبيعة - لإعطائك فكرة ، فإنه يحتل المرتبة الثانية (خلف الكالسيوم مباشرة) بوفرة في الأنسجة البشرية.
وظائف في الجسم
في الكائنات الحية ، يعد أيضًا مكونًا أساسيًا للخلايا ، كونه جزءًا من جزيئات DNA و RNA. بعض وظائفه في الجسم هي:
- أن تكون جزءًا من بنية العظام والأسنان (مما يمنحها صلابة أكبر) ؛
- المشاركة في التفاعلات مع الجزيئات العضوية المكونة من الهيدروجين والأكسجين والكربون (تسمى الكربوهيدرات) ؛
- يعمل على تقلص العضلات.
الابسط
تعتبر الدورة البيوجيوكيميائية (يطلق عليها لأنها تشمل كلا من الجزء الكيميائي والجيولوجي والبيولوجي من النظام البيئي) للفوسفور واحدة من أبسطها ، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن هذا العنصر غير موجود في الغلاف الجوي ، بل هو موجود. بالإضافة إلى أنها مكونة من صخور قشرة الأرض. لهذا السبب ، لا يتم تصنيف دورتها على أنها غلاف جوي ، كما هو الحال على سبيل المثال مع دورة النيتروجين. في هذه الحالة ، تصنف على أنها رسوبية.
سبب آخر لاعتباره أبسط دورة كيميائية حيوية هو أن مركب الفوسفور الوحيد المهم حقًا للكائنات الحية هو الفوسفات ، ويتكون من اتحاد فوسفور واحد وثلاث ذرات أكسجين (PO43-).
مجموعات الفوسفات
فيما يتعلق بالخلايا الحية ، فإن الوظيفة المهمة لمجموعات الفوسفات هي دورها كمخزن للطاقة. يتم تخزين هذه الطاقة في الروابط الكيميائية لجزيئات ATP ، أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، من عملية التمثيل الغذائي (أو انهيار) جزيئات الكربوهيدرات ؛ عملية تولد الطاقة. يمكن بعد ذلك نقل هذه الطاقة المخزنة لتنفيذ أي عملية خلوية.
هذه المجموعات الفوسفاتية نفسها قادرة أيضًا على تنشيط وإلغاء تنشيط الإنزيمات الخلوية التي تحفز التفاعلات الكيميائية المختلفة. علاوة على ذلك ، يعد الفسفور مهمًا أيضًا لتكوين جزيئات تسمى الفوسفوليبيد ، وهي المكونات الرئيسية لأغشية الخلايا ؛ الأغشية التي تحيط بالخلايا من الخارج ، ولها ثلاث وظائف رئيسية: الطلاء والحماية والنفاذية الانتقائية (اختيار المواد التي تدخل الخلية وتغادرها).
الدورة
الخزان الرئيسي للفوسفور في الطبيعة هو الصخور ، والتي لا تنطلق منها إلا من خلال التجوية. التجوية هي مجموعة من الظواهر (سواء كانت فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية) تؤدي إلى انهيار وتغيير التركيب الكيميائي والمعدني للصخور وتحويلها إلى تربة وإطلاق الفوسفات.
نظرًا لأنه مركب قابل للذوبان ، فإنه يسهل نقله إلى الأنهار والبحيرات والمحيطات عن طريق عملية الترشيح (إذابة المكونات الكيميائية للصخور أو المعادن أو التربة بفعل مائع ، مثل المطر) أو يتم دمجه في الكائنات الحية على قيد الحياة.
يحدث هذا الدمج ، في النباتات ، من خلال امتصاص الفوسفات من خلال التربة. على هذا النحو ، يتم استخدامه من قبل الكائنات الحية لتكوين مركبات الفوسفات العضوية الضرورية للحياة (ومن الآن فصاعدًا تسمى الفوسفات العضوي). في الكائنات الحية ، يدخل الفوسفات من خلال المدخول المباشر للمياه والتضخم الأحيائي (عملية يزداد فيها تركيز المركب على طول السلسلة الغذائية).
يؤدي تحلل المواد العضوية عن طريق تحلل الكائنات الحية إلى إعادة الفوسفات العضوي إلى التربة والمياه في شكله غير العضوي.
تلعب الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في التربة بدورها أدوارًا مهمة في دورة الفسفور وتوافره للنباتات من خلال العوامل التالية:
- دمج الفوسفور في المواد العضوية الميكروبية ؛
- إذابة الفوسفور غير العضوي ؛
- الارتباط بين النباتات والفطريات.
- تمعدن الفسفور العضوي.
دمج الفوسفور في المواد العضوية الميكروبية
عند دمجه في الكائنات الحية ، يمكن أن يجمد الفسفور ، أي يصبح "محاصرًا" ، وخلال هذه الفترة تنقطع دورة هذه الجزيئات. يمكن إطلاقه ، بحيث يمكن استمرار الدورة ، من خلال الظواهر التالية:- اضطراب الخلايا الميكروبية.
- التغيرات المناخية وإدارة التربة ؛
- التفاعلات مع الحيوانات الدقيقة ، التي عند تغذيتها على الكائنات الحية الدقيقة ، تطلق العديد من العناصر الغذائية في التربة.
هناك بعض المزايا لدمج الفوسفور في الكائنات الحية. على سبيل المثال ، تمنع هذه العملية تثبيتها لفترات طويلة في معادن التربة (حيث يمكن إزالتها فقط عن طريق التجوية) ، مما يزيد من كفاءة التسميد بالفوسفات.
إذابة الفسفور غير العضوي
تفرز البكتيريا والفطريات ، بما في ذلك الفطريات ، أحماض عضوية تعمل عن طريق إذابة الفوسفور غير العضوي مباشرة.
- توصف العديد من الكائنات الحية الدقيقة في التربة بأنها قادرة على إذابة أنواع مختلفة من الفوسفات الصخري ؛
- أكبر آلية للذوبان هي عمل الأحماض العضوية التي تصنعها البكتيريا.
- هذه الأحماض التي تنتجها الكائنات الحية هي مولدات كبيرة لأيونات H + ، القادرة على إذابة الفوسفات المعدني وإتاحته للنباتات.
الارتباط بين النباتات والفطريات
يحدث من خلال الفطريات الفطرية ، وهي بكتيريا مرتبطة بجذور النباتات تعزز التكافؤ بين جذور النبات وفطريات التربة ، بحيث يوفر النبات الطاقة والكربون للفطريات من خلال عملية التمثيل الضوئي ، وهذه تعود الجميل بامتصاص العناصر الغذائية المعدنية ونقلها إلى النبات. الجذور.
تمعدن الفسفور العضوي
بالإضافة إلى الفوسفور من المواد العضوية الميكروبية ، فإن عمل الكائنات الدقيقة التي تذوب الفوسفات والفطريات المرتبطة بالجذور ، فإن إنتاج الإنزيمات بواسطة بعض الكائنات الحية الدقيقة والنباتات هو المسؤول عن تمعدن الفسفور العضوي ، وهو تحوله إلى فوسفور غير عضوي.
بمجرد وصول الفوسفور إلى البحيرات والبحار ، يمكن للفوسفور ، بالإضافة إلى امتصاصه من قبل الكائنات الحية ، أن يندمج في الصخور ، مما يؤدي إلى إغلاق الدورة.
تميل دورة الفوسفور إلى أن تكون طويلة. يمكن أن تقضي ذرة واحدة ما يصل إلى 100000 عام في التدوير ، حتى تستقر مرة أخرى في الصخور. مع الرواسب ، يمكن أن يظل الفوسفور مرتبطًا لأكثر من 100 مليون سنة.
مشاكل
لقد غيّر النشاط البشري بشكل متزايد الدورة الطبيعية لهذه المغذيات الكبيرة ، سواء من خلال أنشطة مثل التعدين أو الاستخدام الواسع النطاق للأسمدة.
يؤدي الفائض من الفوسفور عند تسربه إلى المجاري المائية إلى زيادة التوافر البيولوجي لهذه المغذيات في البيئة المائية ، ونتيجة لذلك ، يمكن أن يكثف من تطور الطحالب. عدد متزايد من الطحالب في بحيرة ، على سبيل المثال ، سيقلل من كمية الضوء التي تخترق هذه البيئة (تقلل بشكل كبير من المنطقة الغذائية) ، مما يضر بالكائنات المحلية الأخرى. تسمى هذه العملية التخثث (يمكنك قراءة المزيد عن تأثير استخدام الأسمدة على عملية التخثث في المقالة: "ما هي الأسمدة؟").
شاهد أيضًا بعض الصور لهذا التأثير:
