أهمية النيتروجين للكائنات الحية

النيتروجين هو عنصر مهم للغاية لجميع أشكال الحياة، حيث يشكل جزءًا أساسيًا في العديد من الخلايا والعمليات مثل الأحماض الأمينية والبروتينات وحتى الحمض النووي. يتطلب صنع الكلوروفيل في النباتات وجود النيتروجين، الذي يستخدم في العملية الضوئية لصنع الطعام .

النيتروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الغلاف الجوي لكوكب الأرض ، يتكون ما يقرب من 78٪ من الغلاف الجوي من غاز النيتروجين (N2) ، كجزء من عمليات الحياة هذه ، يتم تحويل النيتروجين من شكل كيميائي إلى آخر ،  تشكل التحولات التي يمر بها النيتروجين أثناء انتقاله بين الغلاف الجوي والأرض والكائنات الحية دورة النيتروجين.

اكتشاف النيتروجين

تم اكتشاف النيتروجين في عام 1772 من قبل الكيميائي والطبيب دانيال روثرفورد، حينما قام بإزالة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من الهواء. وأشار إلى أن الغاز المتبقي لن يدعم الكائنات الحية أو الاحتراق. ووفقا للمختبر الوطني لوس ألاموس، عمل علماء آخرون، بما في ذلك كارل فيلهلم شيل وجوزيف بريستلي، على نفس المشكلة، وسموه الهواء المحروق بالنيتروجين، أو الهواء بدون أكسجين، في عام 1786، وقد سماه أنطوان لوران دي لافوازييه النيتروجين “أزوت”، والتي تعني “بلا حياة”، واستند ذلك إلى الملاحظة أن جزءا من الهواء لا يمكنه دعم الحياة بمفرده.

أهمية النيتروجين للكائنات الحية

يعتبر النيتروجين عنصراً غذائياً أساسياً للنباتات ويشكل مكوناً هاماً من المركبات البروتينية التي تحتاجها جميع الحيوانات للنمو والتكاثر والبقاء على قيد الحياة، وتتحول دورة النيتروجين إلى مركبات يمكن للنباتات والحيوانات استخدامها.

إن اللبنة الأساسية للحمض النووي ، التي تحدد جينات الإنسان ، ضرورية لنمو النبات ، وبالتالي فهي ضرورية للأغذية التي يزرعها الإنسان ،  وعلى الرغم من تلك الأهمية  ، إلا أن التوازن هو المفتاح ، إذا تواجد  النيتروجين بشكل قليل جدًا لا يمكن أن تزدهر النباتات ، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاج المحاصيل ، لكن الكثير من النيتروجين يمكن أن يكون سامًا للنباتات ويمكن أن يضر البيئة أيضًا.

 تصبح النباتات التي لا تحتوي على كمية كافية من النيتروجين صفراء ولا تنمو بشكل جيد ويمكن أن تحتوي على زهور وفواكه أصغر ، يمكن للمزارعين إضافة سماد النيتروجين لإنتاج محاصيل أفضل ، عندما لا تحصل النباتات على كمية كافية من النيتروجين ، فإنها غير قادرة على إنتاج الأحماض الأمينية  ، بدون الأحماض الأمينية ، لا يمكن للنباتات إنتاج البروتينات الخاصة التي تحتاجها الخلايا النباتية للنمو.

بدون الأسمدة النيتروجينية ، يقدر العلماء أننا سنفقد ما يصل إلى ثلث المحاصيل التي نعتمد عليها في الغذاء وأنواع أخرى من الزراعة ،  لكن يجب إضافة  مقدار النيتروجين الضروري لنمو النبات ، لأن الإفراط في إضافته  يمكن أن يؤذي النباتات والحيوانات ،  ويلوث المجاري المائية ، مما يضر بالحياة المائية.

النيتروجين ضروري لجميع الكائنات الحية لأنه جزء كبير من الأحماض الأمينية ، التي هي اللبنات الأساسية للبروتينات والأحماض النووية مثل الحمض النووي ، الذي ينقل المعلومات الجينية إلى الأجيال اللاحقة من الكائنات الحية ، وهي أهم الجزيئات البيولوجية والأساسية لجميع الكائنات الحية.

بدون كمية كافية من النيتروجين ، يتأثر نمو النبات سلبًا ، مع وجود الكثير من النيتروجين ، تنتج النباتات الكتلة الحيوية الزائدة ، أو المواد العضوية ، مثل السيقان والأوراق ، ولكن ليس بنية جذر كافية ، يمكن للنباتات التي تحتوي على مستويات عالية جدًا من النيتروجين الممتص من التربة أن تسمم حيوانات المزرعة التي تأكلها .

لا تستطيع معظم الكائنات الحية استخدام النيتروجين بشكل مباشر ويجب أن يكون لديها إمكانية الوصول إلى مركباته. لذلك فإن تثبيت النيتروجين مهم للغاية. في الطبيعة ، تُعرف عمليتان رئيسيتان لتثبيت النيتروجين. الأول هو عمل الطاقة الكهربائية على الغلاف الجوي ، الذي يفصل بين جزيئات النيتروجين والأكسجين ، مما يسمح للذرات الحرة بتكوين أكسيد النيتريك ، NO ، وثاني أكسيد النيتروجين ، NO2 ، ثم يتفاعل ثاني أكسيد النيتروجين مع الماء .

يؤثر غاز النيتروجين في تشكيل الشفق، وهو ظاهرة طبيعية للضوء في السماء ويمكن مشاهدتها عادة في مناطق القطب الشمالي والقطب الجنوبي، حيث يحدث عندما تصطدم الإلكترونات السريعة من الفضاء بالأكسجين والنيتروجين في الغلاف الجوي وفقًا لوكالة ناسا 

دورة النيتروجين

تُعد دورة النيتروجين واحدة من أهم العمليات الطبيعية التي تحافظ على الكائنات الحية، حيث يتم تحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى مركبات عضوية مختلفة .

تتكون حوالي 78 في المائة من الغلاف الجوي من النيتروجين، ومع ذلك، لا يستطيع النباتات والحيوانات أخذ النيتروجين مباشرة من الهواء. يشار إلى هذه العملية بـدورة النيتروجين، وتساعدنا في فهم كيفية انتقال النيتروجين من الغلاف الجوي إلى الأرض ومن ثم العودة إلى الغلاف الجوي في دورة لا نهاية لها. ويؤدي ذلك إلى زراعة المحاصيل الصحية وحماية البيئة .

الخطوة الأولى في دورة النيتروجين هي تثبيت النيتروجين ، تستخدم البكتيريا الخاصة إنزيمًا يعرف باسم ثنائي النتروجين لتحويل غاز النيتروجين إلى الأمونيا ،  بعد ذلك ، تحول النترجة الأمونيا إلى أيونات النترات ، والتي تمتصها جذور النبات كمغذيات ، تأخذ الحيوانات النيتروجين عن طريق أكل النباتات ، تحلل النباتات والحيوانات وإطلاق فضلات الحيوانات ، يخلق الأمونيا في التربة ، وأخيرًا ، يستخدم نزع النتروجين بكتيريا أخرى لتحويل الأمونيا مرة أخرى إلى غاز النيتروجين الغازي ، والذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي حيث تبدأ دورة النيتروجين مرة أخرى.

الجسم يقوم بشكل مستمر بإعادة تدوير النيتروجين الموجود في الأحماض الأمينية غير المستخدمة في تصنيع البروتين، حيث يتم تحويلها إلى مكونات أخرى بما في ذلك النيتروجين المستخدم في إنتاج الطاقة. يتم أيضا إنتاج مركبات غير بروتينية من النيتروجين، مثل الهيموجلوبين الذي ينقل الأكسجين في خلايا الدم الحمراء إلى جميع أجزاء الجسم. تحتاج الحيوانات إلى النيتروجين للنمو والبقاء، وتحصل عليه من مصادر غذائية مثل النباتات والحيوانات الأخرى.

أهمية  النيتروجين  للبشر والحيوانات

 النيتروجين يشكل جزءا كبيرا من الغلاف الجوي للأرض. لا يستطيع الإنسان استخدام النيتروجين عن طريق التنفس، ولكنه يمكنه امتصاصه من خلال تناول النباتات أو الحيوانات التي تستهلك النباتات الغنية بالنيتروجين. يحتوي الهواء الذي نتنفسه على نسبة تقريبية تبلغ 78٪ من النيتروجين، وبالتالي فإنه يدخل أجسامنا مع كل نفس نتنفسه. يساعد هذا النيتروجين في تكوين البروتينات والأحماض الأمينية التي تؤثر على النمو والهرمونات ووظائف الدماغ والجهاز المناعي.

تحتوي جميع الأنسجة البشرية سواء العضلات والجلد والشعر والأظافر والدم  على البروتين، يتطلب النمو الطبيعي واستبدال الخلايا وإصلاح الأنسجة النيتروجين ، وتحتاج عمليات التمثيل الغذائي في الجسم إلى بروتينات على شكل إنزيمات ، لا يمكنك أخذ النيتروجين مباشرة من الهواء ، لذا تحصل عليه من مصادر غذائية متنوعة مثل (لحم ، سمك ،البقوليات ،بيض ،حلي ،المكسرات ) .

أهمية النيتروجين للنباتات

النباتات بحاجة ماسة إلى النيتروجين للنمو والبقاء. تموت النباتات إذا لم تتوفر لديها البروتينات. يعتبر النيتروجين أمرا هاما بشكل كبير لأنه يشكل جزءا رئيسيا من الكلوروفيل، الذي يستخدمه النبات لاستخلاص الطاقة من ضوء الشمس وتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى سكريات (عملية التمثيل الضوئي). كما يشكل النيتروجين مكونا رئيسيا للأحماض الأمينية، وهي مكونات أساسية للبروتينات. تحصل النباتات على النيتروجين بطرق مختلفة عن الحيوانات، حيث تأخذه من الماء والتربة على شكل نترات الأمونيوم. تتحول النباتات التي تفتقر إلى النيتروجين إلى اللون الأصفر وتتوقف عن النمو، وتحمل ثمارا وزهورا أصغر من المعتاد .