چرا این بلوک حیاتی ساختمانی پروتئین در حال ناپدید شدن از خاک زمین است؟

گرانت کورین -14 آوریل 2022 -گاوها یک مرتع را چرا می کنند. Umkehrer / iStock

نیتروژن – هفتمین عنصر جدول تناوبی – یک عنصر ضروری برای بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی اساسی است. به همین دلیل است که این خبر بزرگ است که نیتروژن به طور فزاینده ای در اکوسیستم های سراسر جهان در دسترس نیست.

در اولین تحلیل در نوع خود، گروهی از محققان با طیف گسترده ای از تخصص ها، داده های بیش از یک قرن را تجزیه و تحلیل کردند تا به نتیجه خیره کننده برسند. نتایج آنها در مجله معتبر Science منتشر شد.

راشل میسون، محقق محیط زیست، یکی از نویسندگان مقاله جدید، به IE می گوید: «کاهش نسبتاً بزرگی در دسترسی به نیتروژن وجود دارد که … به نظر می رسد در اوایل قرن بیستم شروع شده و به نظر می رسد ادامه دارد.

عوامل زیادی – از آتش‌سوزی‌های جنگلی و تغییرات آب‌وهوایی گرفته تا کشاورزی صنعتی – باعث این تغییر می‌شوند. میسون می گوید این یافته ها بر پیچیدگی چرخه نیتروژن و سیستم گسترده تر زمین تاکید دارد.

او می‌گوید: «سیستم زمین پیچیده است، و ما آن را به روش‌های مختلف بررسی می‌کنیم.

چندین مکانیسم باعث ایجاد تغییر می شوند

بیشتر نگرانی‌های زیست‌محیطی در مورد نیتروژن بر فراوانی بیش از حد عنصر متمرکز شده است، نه کمبود آن. میسون می‌گوید: «قبل از اینکه وارد این کار شوم، فکر می‌کردم، بله، نیتروژن یک مشکل است زیرا مقدار زیادی از آن وجود دارد. اگر در مورد مناطق کشاورزی و دریاچه ها و اقیانوس های پایین دست [آنها] صحبت می کنید، این کاملاً درست است. به عنوان مثال، در خلیج مکزیک، کود اضافی باعث شکوفه های جلبکی می شود که باعث ایجاد “مناطق مرده” با تنوع زیستی بسیار محدود می شود.اما در خشکی، مجموعه ای کاملاً متفاوت از مشکلات وجود دارد که نیتروژن قابل دسترس را بسیار سریعتر از جایگزینی آن تخلیه می کند.

یک مثال، چرای شدید دام است. میسون می گوید: «ما گاوهای پر از پروتئین را در علفزارها رشد می دهیم. همانطور که مناطق کشاورزی در کالیفرنیا مقدار باورنکردنی آب را به صورت محصول صادر می کنند، ایالت هایی که صنایع گوشت گاو قابل توجهی دارند در نهایت مقدار زیادی نیتروژن از خاک خود را به عنوان گوشت صادر می کنند. میسون می گوید: در یک مولکول پروتئین، از هر شش اتم یک اتم نیتروژن است.

آتش‌سوزی‌ها عامل دیگری هستند. میسون می‌گوید: شما می‌توانید مقدار زیادی نیتروژن را در طول آتش‌سوزی‌ها از دست بدهید، که به نظر می‌رسد در برخی مناطق بیشتر و شدیدتر می‌شود. تغییرات آب و هوایی همچنین بر مقدار نیتروژنی که از طریق فرآیندهای طبیعی به خاک بازگردانده می شود، تأثیر می گذارد. او می‌گوید: تغییر دما و طول فصل رشد، ریزاقلیم‌های محلی، و چرخه‌های یخ زدگی و ذوب شدن بر فرآیندهای میکروبی و گیاهی [که نیتروژن را تثبیت می‌کنند] تأثیر می‌گذارند.

غلظت بالاتر کربن در جو نیز ممکن است نقش داشته باشد. میسون می‌گوید CO2 اضافی می‌تواند باعث شود که نیتروژن در مواد آلی به گونه‌ای محبوس شود که در دسترس گیاهان [دیگر] نباشد.

کمبود نیتروژن در حال تبدیل شدن به یک مشکل جدی است

نیتروژن – همراه با اکسیژن، کربن، هیدروژن، فسفر و گوگرد – برای زندگی ضروری است. به عنوان مثال، بخشی ضروری از فتوسنتز است. میسون می گوید: شما برای تولید کلروفیل به نیتروژن نیاز دارید. همچنین یک بلوک ساختمانی اساسی از پروتئین است.کاهش در دسترس بودن نیتروژن اساساً به در دسترس بودن پروتئین های گیاهی برای حشرات گیاهخوار و پستانداران چرا است. [این] ممکن است تأثیراتی بر رشد و تولید مثل آن موجودات داشته باشد.ردیابی اینکه چگونه سطوح کاهش نیتروژن موجود بر بهره وری دام تأثیر می گذارد دشوار است زیرا دامداران دائماً ژنتیک دام ها را برای تولید بیشتر تغییر می دهند، اما در یک نقطه … ممکن است در نهایت متوجه شوید که آنها غذای زیادی دریافت نمی کنند.

کاهش سطح نیتروژن مطمئناً برای تولیدکنندگان دام گران تمام می شود. بر اساس یک برآورد، دامداران میلیاردها دلار در خوراک اضافی سرمایه گذاری کرده اند تا پروتئین از دست رفته را جبران کنند. همچنین دلیلی وجود دارد که فکر کنیم حشرات از تغییر این اکوسیستم ها رنج می برند.

او می‌گوید: «کاملاً منطقی است که کاهش در دسترس بودن نیتروژن می‌تواند یکی از عوامل محرکه به اصطلاح آخرالزمان حشرات باشد. حشرات آنقدر برای اکوسیستم‌ها مهم هستند که ما نمی‌خواهیم همه حشرات از بین بروند.”

میسون می‌گوید تشخیص اینکه این سطوح کاهش نیتروژن چه معنایی برای آینده دارد دشوار است.در واقع پیش‌بینی این اثرات واقعاً پیچیده می‌شود، زیرا همه چیز با هر چیز دیگری در تعامل است.