Cómo obtienen las plantas el nitrógeno del aire?

Las plantas obtienen el nitrógeno del suelo y no directamente del aire. Imagen de dominio público, fuente: Christopher S. Baird.

Las plantas no obtienen el nitrógeno directamente del aire. Aunque el nitrógeno es el elemento más abundante en el aire, cada átomo de nitrógeno en el aire tiene un triple enlace con otro átomo de nitrógeno para formar nitrógeno molecular, N2. Este triple enlace es muy fuerte y muy difícil de romper (se necesita energía para romper los enlaces químicos, mientras que la energía sólo se libera cuando se forman los enlaces). Como resultado, aunque el nitrógeno en el aire es muy común, es energéticamente desfavorable para una planta dividir la molécula de nitrógeno para obtener los átomos brutos que puede utilizar. El fuerte triple enlace del N2 también dificulta la reacción del nitrógeno molecular con la mayoría de las demás sustancias químicas. De hecho, ésta es una de las razones por las que hay tanto nitrógeno en el aire. Además, la estabilidad y simetría de la molécula de nitrógeno hace que sea difícil que diferentes moléculas de nitrógeno se unan entre sí. Esta propiedad significa que el nitrógeno molecular puede enfriarse a temperaturas muy bajas antes de convertirse en líquido, lo que hace que el nitrógeno líquido sea un líquido criogénico muy eficaz.

El acto de romper los dos átomos de una molécula de nitrógeno se denomina «fijación del nitrógeno». Las plantas obtienen el nitrógeno que necesitan del suelo, donde ya ha sido fijado por bacterias y arqueas. Las bacterias y arqueas del suelo y de las raíces de algunas plantas tienen la capacidad de convertir el nitrógeno molecular del aire (N2) en amoníaco (NH3), rompiendo así el duro triple enlace del nitrógeno molecular. Estos organismos se denominan «diazótrofos». A partir de aquí, varios microorganismos convierten el amoníaco en otros compuestos de nitrógeno más fáciles de utilizar por las plantas. De este modo, las plantas obtienen el nitrógeno indirectamente del aire a través de los microorganismos del suelo y de algunas raíces de las plantas. Hay que tener en cuenta que los rayos y la radiación solar de alta energía también pueden dividir la molécula de nitrógeno y, por tanto, también fijan el nitrógeno del aire. Sin embargo, la cantidad de nitrógeno fijada por los rayos y la radiación solar es insignificante comparada con la cantidad fijada por los diazotrofos en el suelo y en las raíces. En su libro Nitrogen Fixation, John Postgate afirma,

La fijación del nitrógeno -la conversión del nitrógeno atmosférico en una forma que las plantas puedan utilizar- es un proceso fundamental para la agricultura mundial. Se produce como consecuencia de actividades espontáneas, antropogénicas y biológicas. La existencia y la importancia del componente biológico se reconocen desde hace más de un siglo, pero los avances científicos de las últimas décadas han modificado radicalmente nuestra comprensión de su naturaleza y sus mecanismos.

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