أهمية النيتروجين للكائنات الحية

النيتروجين عنصر مهم للغاية لجميع أشكال الحياة ، وهو جزء مهم في العديد من الخلايا والعمليات مثل الأحماض الأمينية والبروتينات وحتى الحمض النووي ، هناك حاجة للنيتروجين لصنع الكلوروفيل في النباتات ، والذي يستخدم في التمثيل الضوئي لصنع طعامهم .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 ، عندما أزال الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من الهواء ، موضحا أن الغاز المتبقي لن يدعم الكائنات الحية أو الاحتراق ، وفقًا مختبر لوس ألاموس الوطني ، كان علماء آخرون ، بما في ذلك كارل فيلهلم شيل وجوزيف بريستلي ، يعملون على نفس المشكلة ، ويطلقون على الهواء “المحروق” بالنيتروجين ، أو الهواء بدون أكسجين ، في عام 1786 ، دعا أنطوان لوران دي لافوازييه ، النيتروجين “أزوت” ، والذي يعني “بلا حياة” ، وقد استند هذا إلى ملاحظة أنه جزء من الهواء لا يمكنه دعم الحياة بمفرده.

النيتروجين هو عنصر غذائي أساسي للنباتات ومكون هام من البروتينات ، والتي تحتاجها جميع الحيوانات للنمو والتكاثر والبقاء على قيد الحياة ، تحول دورة النيتروجين 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 .يلعب غاز النيتروجين دورًا في تكوين الشفق  عرض طبيعي للضوء في السماء يمكن ملاحظته في الغالب مناطق القطب الشمالي والقطب الجنوبي ، والذي يحدث عندما تصطدم الإلكترونات سريعة الحركة من الفضاء بالأكسجين والنيتروجين في غلافنا الجوي ، وفقًا وكالة ناسا. [1]

دورة النيتروجين

تعد دورة النيتروجين ، التي يتم فيها تحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى مركبات عضوية مختلفة ، واحدة من أهم العمليات الطبيعية للحفاظ على الكائنات الحية .يتكون حوالي 78 في المائة من الغلاف الجوي من النيتروجين ، لكن النباتات والحيوانات لا يمكنها أخذ النيتروجين مباشرة من الهواء ، عملية تسمى دورة النيتروجين ،  يمكن أن يساعدنا فهم دورة النيتروجين  كيف ينتقل النيتروجين من الغلاف الجوي إلى الأرض ، من خلال التربة والعودة إلى الغلاف الجوي في دورة لا نهاية لها  على زراعة محاصيل صحية 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.يقوم الجسم  باستمرار بإعادة تدوير النيتروجين من الأحماض الأمينية ، وكسر الأحماض الأمينية غير المستخدمة في تخليق البروتين إلى مكونات بما في ذلك النيتروجين للطاقة ،  يصنع النيتروجين أيضًا مركبات غير بروتينية ، مثل الهيم في الهيموجلوبين ، الذي ينقل الأكسجين في خلايا الدم الحمراء إلى جميع أجزاء الجسم ، تحتاج الحيوانات إلى النيتروجين للنمو والبقاء بنفس الطريقة التي يفعلها البشر ، كما أنها تحصل عليها من مصادر غذائية ، مثل النباتات والحيوانات الأخرى.[2]

أهمية  النيتروجين  للبشر والحيوانات

 يشكل النيتروجين جزءًا كبيرًا من الغلاف الجوي للأرض ، لا يمكن للإنسان استخدام النيتروجين من خلال التنفس ، ولكن يمكن أن يمتص من خلال استهلاك النباتات أو الحيوانات التي استهلكت النباتات الغنية بالنيتروجين ، الهواء الذي نتنفسه هو حوالي 78 ٪ من النيتروجين ، لذلك من الواضح أنه يدخل جسمنا مع كل نفس ،  يساعد هذا النيتروجين في تخليق البروتين 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 ) .[2]

أهمية النيتروجين للنباتات

النيتروجين ضروري للنباتات للنمو والبقاء ،  بدون البروتينات  تموت النباتات  ، النيتروجين مهم للغاية لأنه مكون رئيسي من الكلوروفيل ، المركب الذي تستخدم فيه النباتات طاقة ضوء الشمس لإنتاج السكريات من الماء وثاني أكسيد الكربون (أي التمثيل الضوئي) ،  وهو أيضًا مكون رئيسي للأحماض الأمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات ، تحصل النباتات على النيتروجين بطريقة مختلفة عن الحيوانات ، حيث تأخذها من الماء والتربة على شكل نترات الأمونيوم ،  تتحول النباتات التي تفتقر إلى النيتروجين إلى اللون الأصفر وتتوقف عن النمو ، وتحمل ثمارًا وزهورًا أصغر من المتوسط .[2]