Il ciclo dell’azoto
L’azoto è un elemento chimico irrinunciabile per ogni essere vivente del nostro pianeta. Con il 78 % l’azoto molecolare è il componente principale dell’aria che respiriamo, e attraverso il fissaggio dell’azoto viene legato organicamente in maniera naturale. In lingua tedesca l’azoto viene chiamato “Stickstoff”, ovvero una sostanza asfissiante. Questa denominazione va ricondotta al fatto che un essere vivente in presenza di azoto puro soffoca, ma anche alla circostanza che con questo gas è possibile “soffocare” una fiamma attraverso la mancanza di ossigeno. Gli organismi hanno bisogno dell’azoto tra l’altro per realizzare gli aminoacidi, i mattoni base delle albumine (“Proteine”). Diversi aminoacidi vengono incatenati formando proteine e assolvendo così a importanti funzioni nel campo della struttura (proteine strutturali), sintesi (enzimi), movimento (flagelli, muscoli) e della scomposizione dei prodotti del metabolismo. Nella terra e nell’acqua l’azoto viene continuamente trasformato in altri composti completando in tal senso un vero e proprio ciclo. Per prima cosa ci dedicheremo all’ammonio come pure alla tossica ammoniaca.
Il fissaggio dell’azoto
In condizioni di carenza di sostanze nutrienti in natura e in acquario l’azoto nell’aria (N2) può essere assunto da alcuni cianobatteri (“alghe patinose rosse”, “alghe azzurre”, le cosiddette “forme di acqua pura”), trasformate in ammoniaca e sintetizzate in altri composti contenenti azoto. Questo processo viene definito fissaggio dell’azoto. Se vengono prodotte albumine, oppure rilasciate dalla decomposizione di un organismo morto, i batteri le trasformano in ammonio. Questo processo viene chiamato dissimilazione o ammonificazione. Esso ha luogo ugualmente nel tratto digerente degli esseri umani e degli animali. Dopo l’ammonificazione l’azoto è presente in due forme, che dipendono tra loro dal bilanciamento di un instabile valore di pH: l’ammonio (NH4+) non tossico e l’ammoniaca (NH3) tossica. L’ammoniaca viene riciclata dagli organismi in maniera diversa. La cosiddetta “reazione-anammox” ossida l’ammoniaca in condizioni anaerobiche in azoto gassoso. Una piccola parte può anche essere assunta e direttamente inglobata nella biomassa (“assimilazione dell’ammonio”). Il passaggio è importante per il biotopo ricco di ossigeno, quindi anche per l’acquariologia, ai fini della rimozione dell’ammoniaca e la nitrificazione ben nota agli acquariofili, con la quale l’ammoniaca viene legata all’ossigeno attraverso l’ossidazione. Ciò accade per mezzo di batteri specializzati: i nitrificanti.
I gorgonacei azooxantellati (nella foto una Diodogorgia nodulifera) hanno bisogno di una abbondante somministrazione di cibo, circostanza che aumenta l’inquinamento da ammonio dell’acquario.
Del primo passo sono responsabili i batteri “nitritanti” (produttori di nitriti, per esempio Nitrosomonas sp.) che producono i nitriti (NO2), di per sè non tossici ma che tuttavia vengono bilanciati con l’acido nitroso (HNO2) tossico (in acquariologia si parla sempre solo di “nitriti tossici”, ma si tratta di una semplificazione delle relazioni). I “nitratanti” (batteri produttori di nitrati, per esempio Nitrobacter sp.) ossidano nitriti e acido nitrico in nitrati (NO3-), bilanciati dall’acido nitrico (HNO3). Dato che l’acido nitrico tossico con i valori acquaristici del pH non è praticamente misurabile e visto che i nitrati stessi non sono velenosi, la coppia nitrati/acido nitrico in relazione alla tossicità non gioca alcun ruolo significativo. L’ossidazione complessiva dall’ammonio/ammoniaca attraverso i nitriti/acido nitroso a nitrati/acido nitrico viene chiamata nitrificazione. La coppia nitrati/acido nitrico può essere assunta direttamente dagli organismi e trasformata in altri composti azotati. Questo processo, chiamato assimilazione dei nitrati, funziona tanto meglio quanti più nitrati/acido nitrico sono presenti nell’acqua. In particolare le alghe, con una disponibilità sufficientemente elevata, possono crescere con estrema rapidità ricoprendo le piante superiori e i coralli. Durante la cosiddetta denitrificazione determinati batteri, in condizioni di limitazione di ossigeno (microaerobiche) o povere di questo gas (anaerobiche), utilizzano i nitrati quali fornitori di ossigeno: prelevano l’ossigeno dai nitrati (e anche dai nitriti) rilasciando l’azoto molecolare (N2) e chiudendo così il ciclo dell’azoto.