Cos’è, come funziona e perché è importante il ciclo dell’azoto

L'azoto compone il 78% dell'atmosfera, ma costituisce anche DNA, proteine e acidi nucleici, composti fondamentali per la vita sulla Terra. Questo elemento, essenziale per tutti gli organismi, non sarebbe disponibile per noi esseri umani se non fosse per alcuni importanti processi chimici che permettono di trasformare l'azoto atmosferico in nuovi composti organici. Tutti questi passaggi sono definiti dal ciclo dell'azoto, un ciclo biogeochimico "gassoso" il cui serbatoio principale è proprio l'atmosfera.
Capiamo da dove deriva l'azoto, come si trasforma, qual come si sposta e quali sono le sue peculiarità.

Le fasi del ciclo dell'azoto

Quello dell'azoto è uno dei cicli biogeochimici più studiati, insieme a quello dell'acqua, in quanto di fondamentale importanza per la vita e la produzione alimentare. Con il termine ciclo biogeochimico si intendono tutti i passaggi che un dato atomo compie all'interno della sfera del vivente e del non vivente che, nel caso dell'azoto, andremo a descrivere nel dettaglio sottolineandone l'importanza e i punti critici.
Per farlo cominciamo facendoci aiutare dall'immagine sottostante.

Una piccola precisazione: il ciclo dell'azoto non ha in realtà un vero e proprio punto di partenza perché ogni fase è concatenata alla precedente e a quella successiva. Per praticità cominceremo a descrivere il processo partendo dall'azoto atmosferico, quello che si trova in forma gassosa molecolare e che costituisce l'aria che respiriamo.

L'azoto atmosferico, la cui formula molecolare è N₂, è formato da due atomi di azoto legati con forza tra loro generando una molecola gassosa, che costituisce il 78% dell'aria che respiriamo. Questi legami sono così forti da rendere l'azoto bimolecolare un gas inerte, cioè un composto che difficilmente reagisce con l'ambiente circostante: questa caratteristica lo rende molto utile in alcuni processi di conservazione alimentare (le cosiddette atmosfere controllate) ma allo stesso tempo un gas molto poco reattivo, che "se ne sta per i fatti suoi".
Infatti, la sua stessa inerzia lo rende difficilmente assimilabile nel mondo dei viventi, in particolare per le piante, rendendo necessarie tutta una serie di trasformazioni per poterlo organicare.
Ecco quindi arrivati al primo passaggio in cui si trasforma in molecole assimilabili dal mondo biologico: l'azotofissazione!

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Azotofissazione

In questa fase del ciclo l'azoto molecolare (N₂) viene scisso e reso disponibile per gli esseri viventi tramite l'azione di fulmini o batteri, che lo convertono in ossidi di azoto (NOx) e ammoniaca (NH₃).
Grazie ai fulmini – che con la loro energia riescono a rompere i legami tra due atomi – a partire dall'azoto molecolare si formano due atomi singoli e molto instabili di azoto (N) che per natura tenderanno a reagire con l'ossigeno atmosferico dando origine a nuove molecole assimilabili chiamate ossidi di azoto (NO_x).

Ma non è l'unico modo possibile: fortunatamente per gli esseri viventi, l'evoluzione ha permesso lo sviluppo di un altro processo in grado di convertire l'azoto atmosferico in una forma più disponibile, almeno per alcuni microorganismi. Questo processo di fissazione biologica dell'azoto avviene grazie ad alcuni batteri, come quelli dei generi Azotobacter e Rhizobium che vivono in simbiosi con alcune piante leguminose. Soia, fagioli, ceci e lenticchie danno modo ai batteri di "accasarsi" nel terreno all'interno o in prossimità delle radici delle piante, arricchendo di azoto biodisponibile il suolo e i loro semi. Grazie a questa serie di reazioni otteniamo così l'ammoniaca (NH₃).

Ammonificazione

Durante il processo di ammonificazione l'azoto divenuto ammoniaca nella fase precedente acquista un protone e diventa ione ammonio (NH₄⁺). Questo processo è svolto da funghi e da diversi batteri del suolo che tra le varie cose, trasformano anche la sostanza organica in decomposizione rimettendo nel ciclo biologico l'azoto che era intrappolato nella sostanza organica viva.
Anche l'ammoniaca contenuta all'interno di feci e urine subisce questa trasformazione diventando nutriente per alcune tipologie di batteri che, ossidandola, la renderanno biodisponibile anche per le piante attraverso il successivo processo di nitrificazione.

Nitrificazione

Durante la nitrificazione alcuni batteri liberi nel suolo sono in grado di trasformare in maniera consequenziale lo ione ammonio in nitriti (NO₂) e nitrati (NO₃). Un primo gruppo di batteri chiamati nitrosanti trasformano l'ammonio in nitrito mentre un secondo gruppo di batteri detti nitrificanti trasformano il nitrito in nitrato.
Il nitrato (NO₃) è la forma maggiormente biodisponibile per le piante che, assorbendolo a livello radicale, lo trasformano in proteine vegetali. Le proteine vegetali ottenute saranno poi usate come fonte di azoto per tutta la rete trofica.

Denitrificazione

Infine, alcuni organismi come Clostridium o Pseudomonas sono in grado di effettuare una respirazione anaerobica cioè in assenza di ossigeno (dove, detto tecnicamente, come accettore di elettroni usano il nitrato invece che l'ossigeno portando alla formazione di azoto bimolecolare). Questo passaggio è fondamentale perché permette di chiudere il ciclo.
Arrivati a questo punto dobbiamo proprio dirlo: se sfruttiamo e otteniamo l'azoto dalla dieta è solo grazie ai batteri!