חמצון שתן אנאירובי הוא נתיב אובדן חנקן מתעלם אך רלוונטי גלובלית בקרקעות ים

מדוע נתיבי חנקן נסתרים חשובים

דשנים עודפים ומי שפכים מזינים כמויות עצומות של חנקן לאוקיינוס, מה שמזרז פריחות אצות ויוצר "אזורים מתים" עם חוסר חמצן. מדענים יודעים שמיקרובים החיים בבוץ של קרקעית הים מסייעים לנקות עודפים אלה על ידי הפיכת חנקן תגובתי לגז החנקן החסר סכנה. עד כה זוהו בעיקר שני מסלולים עיקריים לנקיון זה. במחקר זה מתגלה נתיב שלישי, שהיה פחות מוכר—דרך חמצון שתן חסרת חמצן בקרקעות—המסירה חלק משמעותי מהחנקן, במיוחד בים העמוק.

חומר כימי שקט בימים החופיים הסוערים

שתן מוכר בעיקר כמוצר פסולת של בעלי חיים, אבל באוקיינוס הוא מיוצר גם על ידי מיקרובים ומתווסף מפעילויות אנושיות. החוקרים מדדו שתן בבוצה שמתחת לימים החופיים של סין, מהמפרץ בוהאי והים הצהוב ועד לים הסיני המזרחי. הם מצאו שלמרות ששתן בדרך כלל פחות שופע מאמוניום, הוא יכול להוות חלק נכבד מהחנקן האורגני הממוסס במימי הנקבוביות של המשקע. הריכוזים היו גבוהים יחסית קרוב לפני השטח וירדו עם העומק, סימן לכך שמיקרובים צורכים אותו בהתמדה. בשכבות מפתח שבהן החמצן נגמר אך ניטריט וניטרט עדיין נוכחים, שתן וצורות החנקן המאוֹקסדות אלה חופפים, ויוצרים את התנאים הנכונים לנתיב שהיה חשוד בעבר אך לא הוכח: חמצון שתן אנאירובי.

הוכחת נתיב נסתר בבוץ

כדי לזהות תהליך זה ישירות, הצוות השתמש בשיטת מועתק רגישה. הם הוסיפו לתערובות המשקעים שתן המסומן בצורת חנקן כבדה ועקבו אחר הופעת גז החנקן המסומן. ברוב התחנות נצפתה עלייה ברורה וקווית של הגז המסומן בתנאים חסרי חמצן, עליה שנסוגה כאשר הבוץ הושמד או נותר ללא ניטריט וניטרט, מה שהוכיח שמיקרובים חיים פעלו. עם זאת, חלק מהאות יכול היה לנבוע ממסלול צדדי, שבו השתן מתפרק תחילה לאמוניום שאחר כך מעובד על ידי מיקרובים ידועים. החוקרים בנו שיטת חישוב מתוקנת המפרידה בין מסלול עקיף זה לבין חמצון ישיר של השתן, באמצעות מדידות סימולטניות של אמוניום וגז מסומנים. לאחר התיקון הזה הם עדיין זיהו חמצון שתן אנאירובי ב‑90% מהאתרים שנבדקו, מה שמראה שהנתיב רחב התפוצה.

כיצד תחרות מעצבת את התהליך הנסתר

עם אישור התהליך, שאלו החוקרים עד כמה הוא חשוב לעומת הנתיב המוכר שבו מיקרובים מחמצנים אמוניום ללא חמצן. בימים השוליים של סין, חמצון מבוסס‑שתן התנהל באיטיות יחסית, ותורם בממוצע כ‑15% בקצב של חמצון האמוניום ורק אחוזים בודדים מאובדן החנקן הכולל כאשר משולבת דנטיפיקציה קלאסית. עם זאת, החלק המשויך לשתן לא היה קבוע. ניסויים הראו שגם מסלולי השתן והאמוניום מגיבים בצורה דומה לטמפרטורה, אך מיקרובים נראים מעדיפים אמוניום מפני שקל יותר להשתמש בו. במקומות שבהם אמוניום במימי הנקבוביות היה גבוה, התרומה היחסית של השתן היתה מדוכאת בחוזקה; במקומות שבהם אמוניום היה מעט, השתן שיחק תפקיד גדול יותר. הקשר הכמותי ההדוק הזה בין רמות האמוניום לנתיב השתן איפשר לצוות לבנות יחס חיזוי לחלקים אחרים של האוקיינוס.

מבט גלובלי ממדפי שוניות רדודים ועד לתעלות עמוקות

מצוידים ביחס זה ובנתונים שפורסמו על מחזור החנקן והאמוניום במשקעים ברחבי העולם, העריכו החוקרים כמה חנקן מסיר חמצון שתן אנאירובי בקנה מידה גלובלי. הם מצאו שהשיעור המוחלט דומה ברוב אזורי העומק אך יורד בתעלות העמוקות ביותר. לעומת זאת, חלקו באובדן החנקן הכולל עולה בהדרגה עם העומק: הוא צנוע במדפי יבשת פוריים, גדול יותר במדרונות היבשת, ומגיע לכ‑כמאה עשירית מאובדן החנקן בכמה משקעים אביסליים והדאליים. בסך הכל החוקרים מחשבים שנתיב זה מהווה בערך 7% מהחנקן שמוסר מדי שנה ממשקעים ימיים, כאשר קרקעיות עמוקות ודלות מזון תורמות חלק בלתי פרופורציונלי.

מה המשמעות לאיזון החנקן של האוקיינוס

ללא‑מומחים, המסר הוא שמנגנון ה"ניקוי העצמי" של האוקיינוס מעודפי החנקן מורכב יותר משהוערך קודם. מיקרובים בבוץ חשוך וחסר חמצן לא מסתמכים רק על אחד או שניים ממקורות החנקן; הם יכולים גם לנצל שתן ישירות, במיוחד במשקעים עמוקים ודלי‑אמוניום. למרות שדרכו של נתיב זה איטית יותר מאחיו המבוסס‑אמוניום, היא רחבה מספיק כדי להיות חשובה לאיזון החנקן בקנה מידה עולמי. מאחר שמודלים קיימים של מעגל החנקן הימי מתעלמים ברובם מחמצון שתן אנאירובי, עבודה זו מרמזת שיש לעדכן את ההערכות הנוכחיות לגבי מהירותה של היכולת של האוקיינוס להיפטר מחנקן תגובתי — וכיצד הוא יגיב להמשך הזנות אנושיות ולשינויי אקלים.

ציטוט: 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

מילות מפתח: מעגל החנקן הימי, משקעים בקרקעית הים, חמצון שתן, anammox, ביוגיאוכימיה של הים העמוק