El rastreo de nitrógeno-15 ( 15 N) es una técnica para estudiar el ciclo del nitrógeno utilizando el isótopo de nitrógeno más pesado y estable 15 N . A pesar de los diferentes pesos, 15 N está involucrado en las mismas reacciones químicas que el 14 N más abundante y, por lo tanto, se utiliza para rastrear y cuantificar las conversiones de un compuesto de nitrógeno a otro. El rastreo de 15 N se aplica en biogeoquímica , ciencia del suelo , ciencia ambiental , microbiología ambiental e investigación de activación de moléculas pequeñas.
El rastreo de 15 N permite a los investigadores distinguir conversiones específicas de nitrógeno a partir de una red de reacciones simultáneas; [1] por ejemplo, el amonio puede ser oxidado al mismo tiempo por microorganismos autótrofos , producido por mineralización de materia orgánica, producido por reducción disimilatoria de nitrato y asimilado por microbios y plantas. En este caso, la cuantificación de las cantidades absolutas de amonio no explica cómo se produce o se consume. Sin embargo, la conversión de un compuesto marcado con 15 N en otro puede vincularse directamente a través de la firma isotópica.
El rastreo de 15 N se ha aplicado para cuantificar las tasas de transformación del nitrógeno en el suelo y para distinguir las fuentes del gas de efecto invernadero óxido nitroso en diferentes condiciones ambientales. [2]
Los dos enfoques principales son la abundancia natural y las técnicas de enriquecimiento . [3]
Las técnicas de abundancia natural se pueden aplicar sin perturbaciones artificiales. Las abundancias naturales de 15 N se expresan en notación delta (δ) en relación con la concentración de 15 N en el aire. Debido a la discriminación enzimática, las abundancias naturales de 15 N cambian ligeramente en las reacciones mediadas por microbios en el suelo. Además de los valores δ, se ha utilizado la preferencia de sitio de 15 N y 14 N (isotopómeros) para la posición interna o externa dentro de la molécula de óxido nitroso para determinar sus fuentes (nitrificación o desnitrificación). [4]
Cuando los sustratos nitrogenados se enriquecen artificialmente (se etiquetan) con 15 N, el producto de una reacción se puede vincular directamente a su sustrato. [5] A diferencia de las técnicas de abundancia natural, el etiquetado con 15 N permite calcular con precisión las velocidades de reacción. La adición de nitrógeno adicional también puede ser un sesgo al cambiar las transformaciones naturales del nitrógeno. Sin embargo, en el suelo agrícola, la aplicación de trazadores enriquecidos con 15 N, como el amonio y el nitrato, se asemeja a la práctica de fertilización convencional.
Una forma de calcular las tasas de transformación del nitrógeno en el suelo se puede lograr mediante una aproximación numérica que tenga en cuenta diferentes transformaciones simultáneas de nitrógeno. [6] Una herramienta numérica para estudiar el ciclo del nitrógeno es el modelo de trazas de N basado en una simulación de Monte Carlo de cadena de Markov . [7]