Aunque el nitrógeno es esencial para todos los organismos vivos, constituye el 3% del cuerpo humano y comprende el 78% de la atmósfera de la Tierra, es irónicamente difícil para las plantas y los sistemas naturales acceder a él.
La mayoría de los seres vivos no pueden utilizar directamente el nitrógeno atmosférico. En la naturaleza, los microbios especializados en los suelos y cuerpos de agua convierten el nitrógeno en amoníaco, una forma crucial de nitrógeno a la que la vida puede acceder fácilmente a través de un proceso llamado fijación de nitrógeno.La agricultura, la soja y otras legumbres que facilitan la fijación de nitrógeno se pueden plantar para restaurar la fertilidad del suelo.
Un obstáculo adicional en el proceso de hacer que el nitrógeno esté disponible para las plantas y los ecosistemas que dependen de él es que los "fijadores" de nitrógeno microbiano incorporan una proteína compleja llamada nitrogenasa que contiene un núcleo rico en metales. La investigación existente se ha centrado en las nitrogenasas que contienen unmetal específico, molibdeno.
Sin embargo, la cantidad extremadamente pequeña de molibdeno que se encuentra en el suelo ha suscitado preocupación sobre los límites naturales de la fijación de nitrógeno en la tierra. Los científicos se han preguntado qué restricciones impone la escasez de molibdeno a la capacidad de la naturaleza para restaurar la fertilidad del ecosistema a raíz de la evolución humana.disturbios, o cuando la gente busca cada vez más tierras cultivables para alimentar a una población en crecimiento.
Los investigadores de la Universidad de Princeton han encontrado evidencia de que otros metales pueden facilitar la fijación de nitrógeno cuando el molibdeno es escaso, lo que sugiere que el proceso puede ser más resistente de lo que se pensaba, según un estudio publicado en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Trabajando en un tramo de bosque boreal de 372 millas 600 kilómetros en Canadá, los investigadores descubrieron que la fijación de nitrógeno a escala de ecosistema también puede ser catalizada por el vanadio metálico, particularmente en las regiones del norte con entradas limitadas de nitrógeno natural.
"Este trabajo provoca una revisión importante de nuestra comprensión de cómo los micronutrientes controlan el estado y la fertilidad del nitrógeno del ecosistema", dijo el autor principal Xinning Zhang, profesor asistente de geociencias y el Instituto Ambiental de Princeton.
"Necesitamos saber más acerca de cómo se manifiesta la fijación de nitrógeno en términos de presupuestos de nutrientes, ciclos y biodiversidad", dijo. "Una consecuencia de este hallazgo es que las estimaciones actuales de la cantidad de entrada de nitrógeno en los bosques boreales a través de la fijación pueden sersignificativamente subestimado. Este es un problema importante para nuestra comprensión de los requerimientos de nutrientes para los ecosistemas forestales, que actualmente funcionan como un sumidero importante para el carbono antropogénico ".
El primer autor, Romain Darnajoux, investigador asociado postdoctoral en el grupo de investigación de Zhang, explicó que los hallazgos validan una hipótesis de larga data en la comunidad científica de que existen diferentes variantes metálicas de la nitrogenasa para que los organismos puedan hacer frente a los cambios en la disponibilidad de metales. Los investigadoresdescubrieron que la fijación de nitrógeno a base de vanadio solo era sustantiva cuando los niveles ambientales de molibdeno eran bajos.
"Parece que la naturaleza desarrolló métodos de respaldo para mantener la fertilidad del ecosistema cuando el ambiente es variable", dijo Darnajoux. "Cada paso del ciclo del nitrógeno involucra una enzima que requiere metales traza particulares para funcionar. El molibdeno y el hierro son típicamente el foco de atención".estudio científico porque se consideran esenciales en la enzima nitrogenada fijadora de nitrógeno. Sin embargo, también existe una nitrogenasa a base de vanadio, pero desafortunadamente el aporte de nitrógeno por esta enzima ha sido ignorado ".
Darnajoux y Zhang trabajaron con Nicolas Magain y Francois Lutzoni en la Universidad de Duke y Marie Renaudin y Jean-Philippe Bellenger en la Universidad de Sherbrooke en Québec.
Los resultados de los investigadores sugieren que las estimaciones actuales de la entrada de nitrógeno en los bosques boreales a través de la fijación son lamentablemente bajas, lo que subestimaría la demanda de nitrógeno para el crecimiento robusto de las plantas, dijo Darnajoux. Los bosques boreales ayudan a mitigar el cambio climático al actuar como un sumidero para los antropogénicos.carbono. Aunque estos bosques del norte no reciben tantos visitantes humanos como las metrópolis más escasamente pobladas, las actividades humanas aún pueden tener un gran impacto en la fertilidad de los bosques a través del transporte atmosférico de la contaminación del aire cargada de nitrógeno y metales como el molibdeno y el vanadio.
"Las actividades humanas que cambian sustancialmente la calidad del aire pueden tener una influencia de largo alcance sobre cómo funcionan incluso los ecosistemas remotos", dijo Zhang. "Los hallazgos resaltan la importancia de la contaminación del aire para alterar la dinámica de los micronutrientes y macronutrientes. Debido a que el aire es un bien común global,la conexión entre los ciclos de metales y nitrógeno y la contaminación del aire tiene algunas dimensiones interesantes de política y gestión "
Los hallazgos de los investigadores podrían ayudar en el desarrollo de modelos climáticos más precisos, que no contienen explícitamente información sobre molibdeno o vanadio en las simulaciones del flujo global de nitrógeno a través de la tierra, el océano y la atmósfera.
Darnajoux y Zhang dijeron que la importancia de la fijación de nitrógeno impulsado por vanadio se extiende a otras regiones de latitudes altas, y muy probablemente a los sistemas templados y tropicales. El umbral para la cantidad de molibdeno que un ecosistema necesita para activar o desactivar la fijación de nitrógeno de vanadio queencontrado en su estudio fue notablemente similar a los requisitos de molibdeno de fijación de nitrógeno encontrados para muestras que abarcan diversos biomas.
Los investigadores continuarán la búsqueda de fijación de nitrógeno a base de vanadio en las latitudes del norte. También han dirigido sus ojos hacia áreas más cercanas a su hogar, iniciando estudios de dinámica de micro y macronutrientes en bosques templados en Nueva Jersey, y planeanpara expandir su trabajo a los sistemas tropicales.
El documento, "Umbral de molibdeno para la actividad de vanadio nitrogenasa alternativa a escala de ecosistema en bosques boreales", fue publicado por el Actas de la Academia Nacional de Ciencias en línea antes de la impresión el 11 de noviembre. Este trabajo fue apoyado por una beca posdoctoral de Ciencias de la Vida de la Fundación Simons, el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá beca RGPIN-2016-03660, el Presidente de Investigación Canadienseen Biogeoquímica Boreal CRC-950-230570 y un premio de Geobiología y Geoquímica de Baja Temperatura de la National Science Foundation EAR-1631814, un premio Dimensiones de la Biodiversidad DEB-1046065 y un premio de Sistemática Filogenética DEB-1556995.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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