أكسدة اليوريا اللاهوائية مسار مفقود لكنه ذا صلة عالمية لفقدان النيتروجين في رواسب البحار

لماذا تهم المسارات الخفية للنيتروجين

يتدفق كميات هائلة من النيتروجين إلى المحيط نتيجة للأسمدة الزائدة ومياه الصرف، مما يغذي ازدهار الطحالب ومناطق «الموت» منخفضة الأكسجين. يعرف العلماء أن الميكروبات في طين قاع البحر تساعد على تنظيف هذا الفائض بتحويل النيتروجين التفاعلي إلى غاز النيتروجين غير الضار. حتى الآن، كان يُعرف مساران أساسيان فقط كطرق تنظيف شائعة. تكشف هذه الدراسة عن مسار ثالث مُتغافَل عنه—طريقة خالية من الأكسجين لأكسدة اليوريا في الرواسب—تزيل بشكل هادئ حصة ذات معنى من النيتروجين، لاسيما في أعماق البحار.

مركب هادئ في بحار ساحلية مزدحمة

تُعرف اليوريا أساساً كناتج نفايات من الحيوانات، ولكن في المحيط تُنتَج أيضاً بواسطة الميكروبات وتُضاف بفعل الأنشطة البشرية. قاس المؤلفون اليوريا في الطين تحت البحار الساحلية الصينية، من بوهاي وبحر الصين الأصفر إلى بحر الصين الشرقي. وجدوا أن اليوريا، رغم أنها عادة أقل وفرة من الأمونيوم، يمكن أن تشكل شريحة ملموسة من النيتروجين العضوي المذاب في مياه المسام الطينية. كانت التراكيز أعلى قرب السطح وتناقصت مع العمق، وهو دليل على أن الميكروبات تستهلكها باستمرار. في الطبقات المحورية حيث يختفي الأكسجين لكن لا تزال النتريت والنترات موجودة، تتداخل اليوريا وهذه الأشكال المؤكسدة من النيتروجين، مخلّفة الشروط المناسبة لمسار يُشتبه به سابقاً لكن لم يُثبت: أكسدة اليوريا اللاهوائية.

إثبات مسار مخفي في الطين

لكشف هذه العملية مباشرة، استخدم الفريق طريقة متتبعة حساسة. أضافوا مستحلبات طينية تحمل يوريا معنونة بنظير ثقيل من النيتروجين ورصدوا ظهور غاز نيتروجين معنّن. في معظم المحطات لاحظوا تراكمًا خطيًا واضحًا للغاز المعنّن تحت ظروف خالية من الأكسجين، والذي اختفى عندما عُقم الطين أو حرِم من النترات والنتريت، مما يثبت أن ميكروبات حية كانت تعمل. مع ذلك، قد يأتي بعض الإشارة من طريق جانبي، حيث تتحلل اليوريا أولاً إلى أمونيوم ثم يُعالج هذا الأمونيوم بواسطة ميكروبات معروفة بالفعل. بنى الباحثون مخطط حسابي محسناً يفصل هذا الطريق غير المباشر عن أكسدة اليوريا المباشرة الحقيقية، باستخدام قياسات متزامنة للأمونيوم والغاز المعنّن. بعد هذا التصحيح، ما زالوا يكتشفون أكسدة اليوريا اللاهوائية المباشرة في 90% من المواقع المأخوذة عينات منها، مما يبيّن أن المسار واسع الانتشار.

كيف يشكل التنافس هذه العملية الخفية

بعد تأكيد العملية، تساءل المؤلفون عن أهميتها مقارنةً بالطريق المألوف الذي تؤكسد فيه الميكروبات الأمونيوم بلا أكسجين. في البحار الحدية الصينية، كانت أكسدة اليوريا أبطأ، حيث ساهمت في المتوسط بنحو 15% من معدل أكسدة الأمونيوم وفقط نسبة قليلة بالمئة من فقدان النيتروجين الكلي عند احتساب النزع الكلاسيكي للنتروجين. ومع ذلك، لم تكن الحصة الناتجة من اليوريا ثابتة. أظهرت التجارب أن كلا الطريقين، اليوريا والأمونيوم، يستجيبان بشكل مماثل لدرجة الحرارة، لكن يبدو أن الميكروبات تفضل الأمونيوم لأنه أسهل استخدامًا. حيث كان الأمونيوم في مياه المسام عالياً، كان إسهام اليوريا مضغوطًا بشدة؛ وحيث كان الأمونيوم نادراً، لعبت اليوريا دورًا أكبر. سمح هذا الارتباط الكمي الوثيق بين مستويات الأمونيوم ومسار اليوريا للفريق ببناء علاقة تنبؤية لأجزاء أخرى من المحيط.

رؤية عالمية من الرفوف الضحلة إلى الخنادق العميقة

مسلحين بهذه العلاقة وبيانات منشورة حول دورات النيتروجين والأمونيوم في الرواسب حول العالم، قدّر الباحثون مقدار النيتروجين الذي تزيله أكسدة اليوريا اللاهوائية على نطاق عالمي. وجدوا أن المعدل المطلق متقارب عبر معظم مناطق العمق لكنه ينخفض في أعمق الخنادق. بالمقابل، ترتفع حصتها من فقدان النيتروجين الكلي باستمرار مع العمق: فهي متواضعة على الرفوف القارية الإنتاجية، وأكبر على المنحدرات القارية، وتصل إلى نحو خُمس فقدان النيتروجين في بعض الرواسب الهابدية والهيدالية. إجمالاً، يحسب المؤلفون أن هذا المسار يمثل نحو 7% من النيتروجين المزال من رواسب البحار سنويًا، مع مساهمة غير متناسبة لقاع البحر العميق الفقير بالمغذيات.

ماذا يعني هذا لتوازن النيتروجين في المحيط

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة هي أن «تنظيف» المحيط الذاتي للفائض من النيتروجين أكثر تعقيدًا مما كان يُعتقد سابقًا. الميكروبات في الطين المظلم الخالي من الأكسجين لا تعتمد على نوع أو اثنين فقط من موارد النيتروجين؛ يمكنها أيضاً الاستفادة من اليوريا مباشرة، خصوصًا في الرواسب العميقة منخفضة الأمونيوم. رغم أن هذا المسار أبطأ من نظيره القائم على الأمونيوم، إلا أنه واسع الانتشار بما يكفي ليكون مؤثرًا في توازن النيتروجين على مستوى الكرة الأرضية. وبما أن النماذج الحالية لدورة النيتروجين البحرية تتجاهل إلى حد كبير أكسدة اليوريا اللاهوائية، فإن هذا العمل يشير إلى أن التقديرات الحالية لمعدل قدرة المحيط على التخلص من النيتروجين التفاعلي—وكيف سيستجيب للمدخلات البشرية المستمرة وتغير المناخ—تحتاج إلى إعادة تقييم.

الاستشهاد: Xu, H., Song, G., Zhu, R. et al. Anaerobic urea oxidation is an overlooked but globally relevant nitrogen loss pathway in marine sediments. Commun Earth Environ 7, 299 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03323-3

الكلمات المفتاحية: دورة النيتروجين البحرية, رواسب قاع البحر, أكسدة اليوريا, الأناموكس, الكيمياء الحيوية في أعماق البحار