CentroNatura.net: Aquariologia e Ornitologia

L'azoto

Prendiamo ora in considerazione un elemento fondamentale della vita che fino ad ora abbiamo conmpletamente ignorato: l'azoto. Esso è alla base della vita tanto per cominciare. Quel sottile filamento spesso qualche nanometro che chiamiamo DNA è composto anche da azoto, la produzione di energia negli organismi viventi per avvenire ha bisogno di azoto (ATP) e chissà in quali altri processi biologici vengono coinvolte molecole contenenti azoto. Insomma l'azoto è fondamentale.
Eppure spesso parlando di azoto (N) in acquariofilia ci si riferisce ad esso come elemento tossico. In effetti l'azoto forma molti composti inorganici. La tanto citata ammoniaca NH₃, i temuti nitriti NO₂ e nitrati NO₃, il meno tossico ammonio NH₄⁺ ... analizziamo ora una ad una ognuna di queste molecole, i processi che le originano e per concludere il ciclo dell'azoto che da la panoramica più generale sull'argomento.
come detto nel paragrafo precedente incontreremo anche in questa parte i batteri, che sono responsabili dei processi di conversione dell'azoto.

Ammoniaca
L'amoniaca la cui formula è NH₃ è una molecola molto inquinante delle acque. Viene originata da processi di scarto del metabolismo di pesci e batteri.
In acqua esiste secondo la seguente reazione all'equilibrio con lo ione ammonio:

NH₃ + H₂O ↔ NH₄OH ↔ NH₄⁺ + OH^-

come vediamo uno dei prodotti è l'ammonio NH₄⁺.
Inoltre l'equilibrio è influenzato dal pH, o meglio dal pOH, ovvero della concentrazione di OH^-. Senza entrare in dettaglio (anche se matematicamente è identico al pH) basti sapere che tanto più il pH è alto tanto più il pOH sarà basso e viceversa. Quindi per semplicità e per non creare confusione parleremo di pH.
A pH basici, quindi con una elevata concentrazione di OH^- l'equilibrio si sposta verso sinistra, quindi la concentrazione di ammoniaca aumenta.
Diamo alcuni numeri. A pH 7 la concentrazione percentuale di ammoniaca è dello 0,33%. se si passa a pH 8 nella stessa acqua si ha una concentrazione del 3,3%. l'ammonio invece diminuisce da una concentrazione di 99,7% a pH 7 al 96% a pH 8.
da diversi studi è stato rilevato che livelli di ammoniaca maggiori di 0,01 mg/L sono tossici per molti organismi ad eccezione di piante.
I test a scopo acquaristico per la misurazione di ammoniaca come al solito non misurano ciò che indicano. Infatti non misurano NH₃ ma i livelli totali di ammonio. Ovvero la somma di NH₃ e NH₄⁺. Con tali test si raccomanda di avere valori inferiori a 0,02 mg/L per evitare intossicazioni.
Inoltre la percentuale di ammoniaca aumenta con l'aumentare della temperatura. Assumendo un pH fisso a 7,5 la %NH₃ varia da 1,24% a 20°C al 2,51% a 30°C. Se poi aggiungiamo alla temperatura l'effetto del pH vediamo che gli effetti sono molto gravi. A pH 8,5 si passa da 11,2% a 20,4% di ammoniaca disciolta nello stesso range di temperaura(20-30°C).
Come possiamo accorgerci allora se i livelli di ammoniaca sono elevati nel nostro acquario? Beh possiamo osservare i sintomi che mostrano gli organismi in vasca. Segnale più evidenti provengono dai pesci. Livelli elevati di NH₃ causano perdita d'appettito, inbiscono la crescita, riducono la riproduzione, iperattività e nei casi più gravi la morte. Per quanto riguarda le piante segni di intossicazione da ammoniaca sono legati sempre con una riduzione nella crescita di tutta la pianta. Da alcuni studi comunque è stato rilevato che specie diverse appartenenti anche al mediesimo genere tollerano livelli anche molto diverse di ammoniaca. Specie sviluppatesi in acque povere di nutrienti (GH bassi e conducibilità basse) di certo non sono adatte a sopportare elevate concentrazione di NH₃. 1 mg/L di NH₃ basta per provocare i sintomi da intossicazione. Al contrario piante provenienti da ambienti ricchi di nutrienti tollerano livelli anche di 26 mg/L prima di manifestare i sintomi.
Ovviamente livelli del genere nelle nostre vasche sono inaccettabili... quindi come prevenire accumuli di ammoniaca in vasca?
Senz'altro derivando da processi di decomposizione possiamo stimare un aumento di ammoniaca osservando l'andamento della conducibilità, sempre escludendo l'aggiunta recente di fertillizzanti. Detto questo un modo efficace e naturale per rimuovere l'ammoniaca ci viene fornito dalle piante.

Le piante hanno la caratteristica di trasformare la tossica ammoniaca in ammonio, composto non tossico. Inoltre essendo NH₃ un gas elettricamente neutro diffonde spontaneamente all'interno della membrana cellulare delle piante. Quindi non potendone regolare l'assorbimento le piante assorbono quantità di azoto molto superiori rispetto al loro fabbisogno. Il che può essere un bene se non abbiamo alti livelli di NH₃ in vasca. Può risultare un serio problema se in vasca abbiamo livelli molto alti di NH₃. Non potendone regolare l'assorbimento un'elevata concentrazione nelle cellule risulta tossica. ciò che accade nelle cellule è che l'NH₃ si combina con un H⁺ per formare uno ione ammonio NH₄⁺. Esso viene poi stoccato all'interno della cellula e utlizzato successivamente come riserva di azoto. Oppure la piante possono utilizzare l'ammoniaca per produrre proteine. Ecco perchè piante a crescita rapida (che utilizzano molte più proteine) tollerano e assorbono meglio l'ammoniaca.

Quindi siccome è meglio prevenire che curare la soluzione migliore sarebbe un acquario ben piantumato (premesso che nessuno vi obbliga a creare un acquario ben pianutmato) e un attento controllo dei livelli di conducibilità con tutte le precauzioni che abbiamo discusso precedentemente. Altra soluzione se il problema è già presente sono i soliti cambi d'acqua parziali che aiutano a ridurre i livelli di tossicità in vasca.

nitriti
il nitrito (NO₂^-) è una molecola molto tossica per i pesci. viene originata mediante processi di decomoposizione batterica. l'emoglobina è quella proteina del sangue che ha la capacità di legare l'ossigeno permettendo agli organismi di vivere. nei pesci i nitrti influiscono sulla struttura dell'emoglobina rendendola incapace di legare l'ossigeno. questa forma di emoglobina viene chiamata metemoglobina. il pesce è destinato a morire per intossicazione da nitrito semplicemente perchè i suoi tessuti non vengono ossigenati e quindi le cellule non riescono a svolgere il loro lavoro. i nitriti sono ancor più tossici a pH bassi poichè i nitrti si convertono in una forma ancor piè tossica: l'acido nitroso HNO₂.
curiosamente i livelli di nitriti risultano meno tossici con modeste concentrazioni di cloruro di sodio NaCl. infatti lo ione Cl^- risulta essere in competizione con il nitrito nel legame con l'emoglobina riducendone la tossicità. non ho mai potuto sperimentare direttamente questa proprietè del sale da cucina, comunque sconsiglio l'aggiunta in vasca di sale. semmai ho letto di gente che è ricorsa a questo metodo per curare alcuni casi da intossicazione. riguardo a questa procedura non so nè se sia valida nè tantomeno come operare, quindi mi limito solo a citarla. piuttosto che fare i curatori sarebbe meglio pensare prima a questa evenienza e agire di conseguenza. anche in questo caso un buon metodo per abbattere il livello di nitriti è rappresentato dalle piante. pare infatti che le piante preferiscano assorbire i nitriti al meno tossico nitrato.

nitrati
anche se risulta il composto meno tossico tra i tossici (scusate il gioco di parole), il nitrati puù rappresentare una minaccia. come per i nitriti, i nitrati si legano all'emoglobina dando origine alla ferriemoglobina incapace di legare ossigeno e quindi incapaca di ossigenare i tessuti. la concentrazione in vasca non deve superare i 20mg/litro.

e il ruolo batterico nel ciclo dell'azoto

nitrificazione
la nitrificazione è un processo in due fasi che porta l'ammoniaca che è tossica in nitrato non tossico. i protagonisti di questa trasformazione sono i batteri del gruppo nitrosomonas e nitrobacter. la maggior parte di essi è localizzata nel filtro dove l'abbondanza di ossigeno permette loro di produrre più energia. tali batteri sono chemioautotrofi e differiscono dalla stragrande maggioranza dei batteri presenti in vasca poichè non utilizzano materia organica per produrre energia ma composti inorganici (ammoniaca, anidride carbonica,ferro...) per ottenere energia.
in un primo momento un ceppo batterico per la precisione i nitrosomonas converte l'ammonio in nitrito:

NH₄⁺ + 1½O₂ → 2H⁺+ NO₂^- + H₂O

successivamente un secondo ceppo, quello dei nitrospira converte i nitriti in nitrati:

NO₂^- + ½O₂ → NO₃^-

la reazione sintetica della nitrificazione è pertanto:

NH₄⁺ + 2O₂ → 2H⁺ + NO₃^- + H₂O

reazione aerobica (utilizza ossigneno) che porta ad un abbassamento di pH (produzione di H⁺) effetto che viene comunque tamponato dal KH. i batteri nitrificanti richiedono comunque un enorme quantitativo di ossigeno rispetto ad altri batteri presenti in vasca. inoltre poichè utlizzano l'ammonio risultano in continua competizione con le piante per l'assorbimento di azoto in vasca. risulta pertanto un processo fondamentale in vasca prive di piante o comunque non densamente piantumate, meno importante invece se la nostra vasca è ben piantumata a maggior ragione se le piante sono a crescita rapida. tenete bene a mente i due passaggi intermedi operati dai due diversi ceppi perchè vi si troverà la causa del famigerato picco di nitriti.

denitrifizacione
la denitrificazione è un processo comune in acquario. questo perchè diversi ceppi batterici riescono a denitrificare quindi non esistono ceppi specifici come invece accade per la nitrificazione. lo schema riassuntivo della denitrificazione è rappresentato dalla seguente reazione:

NO₃^- → NO₂^- → NO → N₂O → N₂

il nitrato viene convertito in nitrito che viene convertito prima in ossido nitrico poi in ossido nitroso ed infine in azoto gassoso (si avete ragione, un lungo blablabla). il risultato è quindi semplice azoto gassoso che viene poi disperso nell'atmosfera spontaneamente. tale processo è anaerobico, avviene generalmente nel fondale. la produzione di azoto gassoso può essere osservata mediante la produzione di bolle dal fondo.

ecco uno schema riassuntivo del ciclo dell'azoto, vi prego di perdonare le mie scadenti doti grafiche:

sono messi in evidenza solo i passaggi fondamentali, è ovvio comunque che i nitriti sono convertiti nella nitrificazione dai nitrospira o dai denitrificatori nel secondo step della catena di reazioni.
i cambi parziali invece indicano un'altra possibilità per ridurre le concetrazioni di composti azotati poichè qualcuno potrebbe pensare (e si legge in giro) che la denitrificazione sia un processo difficile da attuare in vasca. resta comunque da dire che se una vasca è tenuta come si deve, seguendo il più possibile la natura, allora certamente anche la denitrificazione farà parte del nostro piccolo mondo sommerso. forse non riusciremo ad abbattere i nitrati solo con la denitrificazione e dovremo comunque ricorrere a dei cambi parziali ma è sempre comunque un buon aiuto e soprattutto simbolo di salute. comunque vedremo in seguito un metodo tutto naturale per assicurarci un contenimento dei nitrati.

e ora finalmente un po di vita concreta!

l'avvio vasca
quando mi addentrai nel mondo degli acquari incontrai i batteri fin dalle primissime battute. ed è proprio questo il momento più delicato per un acquariofilo alle prime armi ma non solo. infatti è noto che quando allestiamo un acquario non si deve assolutamente aggiungere nulla se non quello che sarà il nostro arredamento, vale a dire fondo,legni e pietre varie. niente piante nè tanto meno pesci o altri organismi. è noto anche che si deve aspettare almeno un mese prima dell'inserimento dei pesci,caridine o qualsiasi altro nostro amichetto. beh vi siete chiesti perchè proprio 30 giorni? sarà mica che un giorno un comitato segreto di acquariofili si sia ritrovato in un qualche bunker americano e l'abbiano scelto a tavolino? no, niente complotti acquaristici. andiamo per gradi.
il fatto che durante i primi battiti di vita del nostro acquario non si debba inserire alcun organismo in vasca sta nel fatto che si deve "lasciar spazio" ai batteri. infatti nelle prime settimane i batteri non si sono ambientati il che rende instabile il sistema. si sente anche dire che il filtro deve maturare. questa espressione si riferisce al fatto che i batteri devono colonizzare la superficie dei materiali filtranti, cannolicchi in primis. abbiamo infatti detto che il filtro è il luogo con la maggior concentrazione di ossigeno e quindi risulta il posto più ospitale per i batteri aerobici. inoltre si deve lasciar tempo ai batteri nitrificanti di "metter radici" nel filtro. in questo primo periodo si lasciano stabilizzare anche altri parametri come la conducibilità che può subire grandi sbalzi se si utilizzano fondi allofani, il pH che varia a seconda di ciò che utilizziamo sia come fondo (torba o altri agenti che acidificano l'acqua) sia come arredo (legni o roccie di qualsiasi tipo) e di conseguenza anche KH (in funzione del pH e della CO₂ che immettiamo) e GH (come la conducibilità). insomma appena avviato l'acquaio sembra più una accozzaglia di valori scoordinati che il nostro bell'angolino di casa riposto sopra un mobiletto. io direi quindi che questo primo momento serve a tutto l'acquario nel suo complesso piuttosto che solo ai batteri. col passare del tempo si instaurerà un equilibrio che dobbiamo essere noi a verificare e a controllare se sia quello giusto per i nostri scopi o meno. ad esempio se dopo una settimana troviamo valori di pH pari a 5, KH quasi nullo e conducibilità sotto terra allora forse è meglio cambiare qualcosa, ma non ora. è importante non effettuare cambi d'acqua (soprattutto ad una sola settimana dall'avvio) per non creare sbalzi che i batteri possano subire, ricordiamoci che stiamo aspettando che loro si costruiscano casa e se li disturbiamo non facciamo altro che rallentare il processo. tuttavia ho potuto sperimentare che i valori chimici trovano un loro equilibrio dopo una massimo due settimane. ma allora perchè aspettare un mese? a dire il vero 30 giorni è un termine indicativo, di certo i batteri non verrano a farci una telefonata quando hanno finito. ricordate la nitrificazione? i nitrosomonas convertono l'ammonio in nitrito e i nitrospira lo portano a nitrato. quindi i ceppi batterici sono differenti e differenti sono anche i loro tempi di riproduzione. infatti nitrosomonas si riproduce cinque volte più velocemente rispetto a nitrospira. il risultato? nelle prime battute quando ancora i vari ceppi batterici sono in via di sviluppo c'è un momento in cui nitrosomonas sono in netta maggioranza rispetto a nitrospira. quindi molti molti più nitriti rispetto ai nitrati. poichè ovviamente i nitrospira non riescono a convertire tutto il nitrito in nitrato si ha il tanto temuto picco di nitrti. il mese di attesa è un dato statistico poichè è quasi del tutto certo che tale picco si verifichi in questo periodo. in tal modo si scongiura di portare a morte certa i nostri amichetti. nulla ci assicura che tale picco non si ripresenterà, magari anche ad acquario avviato da mesi (ad esempio se inseriamo in vasca enormi quantità di cibo non utilizzate, tutto materiale che sarà decomposto e che porterà ad un aumento della popolazione di nitrosomonas e quindi ad un altro picco di nitriti).
dopo due-tre settimane circa dall'avvio possiamo iniziare,se vogliamo, a inserire le piante. le piante infatti assorbiranno i nitrati prodotti dalla nitrificazione e la useranno come fonte di azoto. ricordiamoci infatti che la denitrificazione converte in azoto solo una piccola parte dei nitrati disciolti. le piante contribuiscono quindi a rendere l'ambiente meno tossico e più stabile. le piante a crescita rapida sono quelle che assorbiranno più azoto.
finalmente dopo 30 giorni, ma se volete essere prudenti potete apettare anche qualche giorno in più, possiamo inserire i nostri piccoli amichetti. ricordiamoci che vanno inseriti poco alla volta. questo perchè ogni volta che inseriamo un organismo, più questo è grosso maggiore sarà la quantità di rifiuti prodotta e quindi maggiore sarà la quantità di cibo a disposizione dei batteri. tra essi come sappiamo ci sono anche i nitrosomonas che portanno cosi riprodursi e magari riportare ad un nuovo picco di nitriti che a noi può risultare insipiegabile. dobbiamo lasciar tempo che il sistema si evolva in base alle perturbazioni che noi provochiamo. tale evoluzione non è instantanea ma richiede un certo tempo. un periodo di una settimana tra l'inserimento di un gruppo di pesci e il successivo è più che sufficiente per permettere ai batteri di raggiungere un nuovo equilibrio. periodo che si riduce sensibilmente se l'acquario è ben piantumato, le motivazioni ci saranno più chiare in seguito quando parleremo ampiamente delle piante.

prima ho detto che ogni qual volta noi stessi interveniamo nell'acquario provochiamo una perturbazione che danneggia il sistema. quando dico perturbazione intendo qualsiasi intervento, dalla pianta che viene spostata, alla pulizia dei vetri, alla insipiegabile mania di pulire le rocce, al sifonamento smisurato del fondo quasi come se lo si volesse pulire con straccio e candeggina e soprattutto alla cattiva manutenzione del filtro. tra questi ci sono comportamenti che non comportano un danno eccessivo. ad esempio spostare una pianta non causa un danno eccessivo ai batteri, spostarne un gruppetto nemmeno, spostare mezzo acquario forse può già fare qualcosa di più serio. stesso ragionamento per la pulizia dei vetri, siccome tutti vogliamo un acquario che sia il più esteticamente gradevole possibile nulla vieta di pulirli regolarmente. ma tra tutti è la cattiva manutenzione del filtro che può seriamente mettere in ginocchio i batteri, in primis l'intero ciclo dell'azoto. per cattiva manutenzione si intende la pulizia dei cannolicchi o addirittura la loro completa sostituzione. non so cosa possa spingere un acquariofilo a pulire regolarmente i cannolicchi quasi come se dovesse tenerli in bella vista. senza dubbio chiunque si sia un attimino informato sa per certo che il filtro è il "cuore dell'acquario" come spesso si legge in giro. non abbiamo detto che nel filtro si concentrano la maggior parte dei batteri aerobici? tra i quali anche i nitrificanti? se puliamo o rimuoviamo i cannolicchi o qualsiasi altro materiale che non siano le spugne rimuoviamo anche gran parte della comunità batterica. risultato: è come ripartire da capo, solo che questa volta vedremmo lentamente colassare il nostro acquario (a meno che non abbiate un quantità tale di flora da sostituire l'attività del filtro biologico. a questo punto allora il filtro coss lo tenevate a fare? e anche se fosse questo è uno dei risultati più difficili e delicati che un acquariofilo possa ottenere, che necessita di un enorme esperienza e quindi di molte conoscenze tra le quali anche il divieto di pulire i cannolicchi).

esplosione batterica
questo fenomeno è spesso causato da una cattiva gestione dell'acquario. purtoppo non ho fotografie di questo fenomeno che è capitato anche a me tempo fa, tuttavia sul web troverete sicuramente immagini a riguardo. un esplosione batterica si manifesta come una vera e propria nebbia sommersa. l'acqua assume una colorazione opaca, nei casi più gravi diventa quasi bianca. la vista di piante o altri oggetti risulta offuscata. ciò è riconducibile principalmente a due motivi: è stato manomesso il filtro, lavando e muovendo i materiali filtranti per esempio, per cui i batteri sono stati smossi e liberati in sospensione e vista l'abbondanza di cibo che si trova in vasca si sono riprodotti a dismisura causando appunto la nebbia. oppure la somministrazione di cibo è stata eccessiva. anche in questo caso i batteri si sono riprodotti oltremodo. il fenomeno non è grave e si risolve in maniera assolutamente naturale. finite le eccessive quantità di cibo i batteri in eccesso moriranno e tutto tornerà alla normalità, quindi nessuna preoccupazione. tuttavia se in misura eccessiva (l'acqua risulta fittamente bianca o vediamo i pesci respirare affannosamente) i batteri che sappiamo essere aerobici consumeranno grandi quantità di ossigeno per attuare la nitrificazione causando problemi per i pesci. per cui è utile solo nei casi GRAVI l'inserimento di un aereatore o semmai aumentare il movimento superficiale dell'acqua. attenzione che cosi facendo aiutiamo sia i pesci ma anche i batteri che sono in costante ricerca di ossigeno, comunque sia la nota positiva che accelerando il loro metabolismo le risorse di cibo verrano consumate prima e la situazione ritornerà al più presto ala normalità. tempo medio per il risolversi naturale del problema circa una settimana. durante l'esplosione evitate di inserire grandi quantità di cibo (solo lo stretto necessario) poichè non farete altro che prolungare il problema.

e ora immergiamoci sempre più affondo, sempre più in dettaglio a quello che spero stia diventando per voi un sempre più affascinante mondo sommerso.