Θρεπτικά συστατικά

Τα θρεπτικά συστατικά είναι ουσίες που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη και τη λειτουργία ενός οργανισμού. Αν δε λαμβάνονται επαρκώς για κάποιο κρίσιμο χρονικό διάστημα προκαλούνται βλάβες στον οργανισμό, ενδεχομένως σοβαρές και μόνιμες. Αν δεν καταστούν μόνιμες, αναστρέφονται με τη λήψη και πάλι των θρεπτικών συστατικών. Τα θρεπτικά συστατικά είναι οι πρώτες ύλες για τη δημιουργία βιομάζας. Οι χημικές ουσίες οι οποίες είναι απαραίτητες στους ζωντανούς οργανισμούς χωρίζονται σε δυο κατηγορίες: τα μακροθρεπτικά συστατικά και τα μικροθρεπτικά συστατικά

 Η θρέψη των ζωντανών οργανισμών ακολουθεί μια αλυσίδα. Πρωταρχικό στοιχείο είναι η ενέργεια που πρέπει να κινεί συνεχώς τις διαδικασίες της μετατροπής των θρεπτικών συστατικών στον κύκλο αυτό. Τα περισσότερα φυτά (τα «πράσινα») βρίσκονται στην αρχή του κύκλου ως αυτότροφα, μπορούν δηλαδή να παράγουν τις οργανικές ουσίες που χρειάζονται από ανόργανες. Εκμεταλλεύονται την ηλιακή ενέργεια και μέσω της φωτοσύνθεσης μετατρέπουν τις ανόργανες θρεπτικές ουσίες που λαμβάνουν από το έδαφος σε υδατάνθρακες, που είναι οργανικές ενώσεις πλούσιες σε ενέργεια. Οι υδατάνθρακες αποτελούν τη φυτική βιομάζα (τα ίδια δηλαδή τα φυτά) και είναι θρεπτικές ουσίες για τα φυτοφάγα ζώα. Τα φυτοφάγα ζώα είναι ετερότροφοι οργανισμοί, χρειάζονται δηλαδή έτοιμες οργανικές θρεπτικές ουσίες για να τραφούν. Μετατρέπουν τη φυτική βιομάζα σε ζωική, χρησιμοποιώντας την ενέργεια των υδατανθράκων για να παράγουν πιο σύνθετα θρεπτικά συστατικά που επίσης περιέχουν ενέργεια. Τα σαρκοφάγα ζώα, επίσης ετερότροφα, λαμβάνουν απ' ευθείας τα πιο σύνθετα θρεπτικά συστατικά που παράγουν τα φυτοφάγα και εξαρτώνται από αυτά, καθώς τα ίδια δεν έχουν γενικά τη δυνατότητα μετατροπής της φυτικής βιομάζας σε ζωική. Όταν τα φυτά ή τα ζώα πεθαίνουν, η νεκρή οργανική ύλη αποσυντίθεται από μια ειδική κατηγορία ετερότροφων οργανισμών, τους αποικοδομητές ή αποδομητές ή σαπρόφυτα (κατά κύριο λόγο βακτήρια και μύκητες) και τα θρεπτικά συστατικά επιστρέφουν προς χρήση στο οικοσύστημα «κλείνοντας» έτσι τους βιογεωχημικούς κύκλους. Τα θρεπτικά συστατικά που προσλαμβάνονται από τα ζώα ταξινομούνται σε έξι τάξεις και, επιπλέον, χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα με τις ιδιότητές τους και την απαραίτητη ποσότητα για τον οργανισμό. Τα μακροθρεπτικά συστατικά είναι απαραίτητα σε μεγάλες ποσότητες καθώς είναι κρίσιμα για τη δημιουργία πρωτοπλάσματος (το ζων περιεχόμενο ενός κυττάρου). Υπάρχουν διάφοροι ορισμοί σχετικά με το ποιες χημικές ενώσεις ή χημικά στοιχεία εντάσσονται στα μακροθρεπτικά συστατικά, ωστόσο είναι κοινά αποδεκτό ότι περιλαμβάνουν τους υδατάνθρακες, τα λιπίδια και τις πρωτεΐνες.Δομικά στοιχεία αυτών των ενώσεων είναι το υδρογόνο (Η), οξυγόνο (Ο), ο άνθρακας (C) και το άζωτο (N). Eίναι διαθέσιμα στην ατμόσφαιρα και μαζί αποτελούν το 95% του ξηρού βάρους της ζώσας ύλης. Ανάλογα με τα διαφορετικά συστήματα ταξινόμησης που υπάρχουν, στα μακροθρεπτικά συστατικά μπορεί να κατατάσσονται και επιπλέον θρεπτικά συστατικά, ενώ άλλες φορές ανήκουν στα μικροθρεπτικά. Μακροθρεπτικά συστατικά θεωρούνται επίσης το κάλιο (K), ο φωσφόρος (P), το θείο (S) και το ασβέστιο (Ca). Τα μικροθρεπτικά συστατικά ή ιχνοστοιχεία είναι επίσης απαραίτητα αλλά σε μικρότερες ποσότητες. Έχουν κρίσιμο ρόλο στη δημιουργία των ενζύμων. Σημαντικά ιχνοστοιχεία είναι ο ψευδάργυρος (Zn), ο χαλκός (Cu), ο σίδηρος (Fe), το βόριο (B), και το μαγνήσιο (Mg) το οποίο συμμετέχει στη σύσταση της χλωροφύλλης. Το σημαντικότερο μόριο της βιομάζας είναι το νερό καθώς στα περισσότερα σπονδυλωτά ξεπερνά το 66% (κατά βάρος) ενώ σε μερικά θαλάσσια ασπόνδυλα αγγίζει το 99%. Τα φυτά προσλαμβάνουν θρεπτικά συστατικά είτε αέρια (CO2, O2) είτε από το έδαφος με τη μορφή αλάτων διαλυμένων στο νερό. Τα περισσότερα απορροφούν κατ' αναλογία με τις συγκεντρώσεις που βρίσκονται στο περιβάλλον όμως εμφανίζονται και φαινόμενα επιλεκτικού χημικού εμπλουτισμού (συσσώρευση σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις από ότι στο περιβάλλον). Επίσης στο οικοσύστημα κυκλοφορούν και στοιχεία χωρίς καμία εμφανή βιολογική λειτουργία λόγω της αδιάκριτης απορρόφησης από τα φυτά. Τα ζώα έχουν πιο ποικίλες θρεπτικές απαιτήσεις από τα φυτά αλλά και διαφορετικές μεταβολικές αντιδράσεις. Καθώς διαθέτουν περιορισμένες δυνατότητες σύνθεσης οργανικών μορίων, στηρίζονται στην πρόσληψη θρεπτικών συστατικών από τα φυτά είτε άμεσα, τρώγοντας φυτά είτε έμμεσα, τρώγοντας άλλα ζώα.Τα θρεπτικά συστατικά που απορροφώνται από τον οργανισμό φτάνουν μέσω του κυκλοφορικού συστήματος στα κύτταρα, όπου και χρησιμοποιούνται. Σε όλους τους βιογεωχημικούς κύκλους υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ εδάφους και ατμόσφαιρας. Κάθε κύκλος αποτελείται από μια δεξαμενή αποθήκευσης (απρόσιτη στους οργανισμούς, αργή ροή και μεγάλος χρόνος παραμονής θρεπτικών) και μια δεξαμενή ανταλλαγής (πιο ενεργή, γρήγορη ροή και μικρότερος χρόνος παραμονής θρεπτικών). Οι αέριοι κύκλοι έχουν ως δεξαμενή αποθήκευσης την ατμόσφαιρα ενώ οι ιζηματογενείς το φλοιό της γης. Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό ανακύκλωσης είναι η φύση του στοιχείου, ο ρυθμός ανάπτυξης των οργανισμών και ο ρυθμός αποσύνθεσης. Οι κυριότεροι βιογεωχημικοί κύκλοι είναι ο υδρολογικός, ο κύκλος του άνθρακα, του άζώτου, του φωσφόρου και του θείου. J.C. Emberlin: Εισαγωγή στην οικολογία, Εκδόσεις "Τυπωθήτω", 1983.