L'ossidazione anaerobica dell'urea è una via di perdita di azoto trascurata ma rilevante a livello globale nei sedimenti marini

Perché le vie nascoste dell'azoto contano

Fertilizzanti in eccesso e acque di scarico riversano enormi quantità di azoto nell'oceano, alimentando fioriture algali e «zone morte» a basso ossigeno. Gli scienziati sanno che i microbi nei fanghi del fondale aiutano a ripulire questo eccesso trasformando l'azoto reattivo in azoto innocuo gassoso. Finora venivano riconosciute diffusamente solo due principali vie di pulizia. Questo studio rivela che una terza via, trascurata — un modo anaerobico di ossidare l'urea nei sedimenti — rimuove in modo silenzioso una quota significativa di azoto, specialmente nelle profondità marine.

Un composto discreto nei mari costieri affollati

L'urea è nota soprattutto come prodotto di scarto degli animali, ma nell'oceano è anche prodotta dai microbi e introdotta da attività umane. Gli autori hanno misurato l'urea nei fanghi al di sotto dei mari costieri cinesi, dal Bohai e dal Mare Giallo fino al Mare della Cina Orientale. Hanno scoperto che, sebbene l'urea sia generalmente meno abbondante dell'ammonio, può costituire una fetta significativa dell'azoto organico disciolto nelle acque di poro del sedimento. Le concentrazioni erano più alte vicino alla superficie e calavano con la profondità, segno che i microbi la consumano continuamente. In strati chiave in cui l'ossigeno è esaurito ma nitrato e nitrito sono ancora presenti, urea e queste forme ossidate di azoto si sovrappongono, creando le condizioni giuste per una via precedentemente sospettata ma non dimostrata: l'ossidazione anaerobica dell'urea.

Dimostrare una via nascosta nel fango

Per rilevare direttamente questo processo, il team ha usato un metodo tracciante sensibile. Hanno arricchito sospensioni di sedimento con urea contenente una forma pesante di azoto e hanno osservato la comparsa di gas azotato marcato. Alla maggior parte delle stazioni hanno osservato un chiaro accumulo lineare di gas marcato in condizioni prive di ossigeno, che scompariva quando il fango veniva sterilizzato o privato di nitrato e nitrito, dimostrando che erano in azione microbi viventi. Tuttavia, parte del segnale poteva provenire da una via indiretta, in cui l'urea si decompone prima in ammonio che poi viene processato da microbi già noti. I ricercatori hanno sviluppato uno schema di calcolo raffinato che separa questa via indiretta dalla vera ossidazione diretta dell'urea, usando misure simultanee di ammonio marcato e del gas marcato. Dopo questa correzione, hanno comunque rilevato l'ossidazione anaerobica diretta dell'urea nel 90% dei siti campionati, dimostrando che la via è diffusa.

Come la competizione modella questo processo nascosto

Con il processo confermato, gli autori si sono chiesti quanto sia importante rispetto alla via più nota in cui i microbi ossidano l'ammonio in assenza di ossigeno. Nei mari marginali cinesi, l'ossidazione basata sull'urea procedeva più lentamente, contribuendo in media per circa il 15% della velocità dell'ossidazione dell'ammonio e solo per pochi punti percentuali della perdita totale di azoto se si include la denitrificazione classica. Eppure la quota derivante dall'urea non era fissa. Gli esperimenti hanno mostrato che sia le vie basate sull'urea sia quelle sull'ammonio rispondono in modo simile alla temperatura, ma i microbi sembrano preferire l'ammonio perché è più facile da utilizzare. Dove l'ammonio nelle acque di poro era elevato, il contributo relativo dell'urea era fortemente soppresso; dove l'ammonio scarseggiava, l'urea giocava un ruolo maggiore. Questo legame quantitativo stretto tra i livelli di ammonio e la via dell'urea ha permesso al team di costruire una relazione predittiva applicabile ad altre parti dell'oceano.

Una visione globale da piattaforme costiere a trincee profonde

Muniti di questa relazione e di dati pubblicati sul ciclo dell'azoto e sull'ammonio nei sedimenti a livello mondiale, i ricercatori hanno stimato quanto azoto venga rimosso dall'ossidazione anaerobica dell'urea su scala globale. Hanno scoperto che il tasso assoluto è comparabile nella maggior parte delle fasce di profondità ma diminuisce nelle trincee più profonde. Al contrario, la sua quota della perdita totale di azoto aumenta costantemente con la profondità: è modesta sulle piattaforme continentali produttive, maggiore sui pendii continentali e raggiunge circa un quinto della perdita di azoto in alcuni sedimenti abissali e hadal. Complessivamente, gli autori calcolano che questa via rappresenti approssimativamente il 7% dell'azoto rimosso dai sedimenti marini ogni anno, con i fondali profondi e poveri di nutrienti che contribuiscono in modo sproporzionato.

Cosa significa per il bilancio dell'azoto nell'oceano

Per i non specialisti, il messaggio è che l'«autopulizia» dell'oceano dall'azoto in eccesso è più complessa di quanto si pensasse. I microbi nei fanghi oscuri e privi di ossigeno non si affidano soltanto a uno o due «cibi» azotati; possono anche usare direttamente l'urea, specialmente nei sedimenti profondi a basso contenuto di ammonio. Sebbene questa via sia più lenta rispetto alla sua controparte basata sull'ammonio, è sufficientemente diffusa da avere rilevanza per l'equilibrio dell'azoto su scala planetaria. Poiché i modelli esistenti del ciclo dell'azoto marino ignorano in larga misura l'ossidazione anaerobica dell'urea, questo lavoro suggerisce che le stime attuali su quanto rapidamente l'oceano possa liberarsi dell'azoto reattivo — e su come risponderà ai continui apporti umani e ai cambiamenti climatici — vanno riviste.

Citazione: 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

Parole chiave: ciclo dell'azoto marino, sedimenti del fondale, ossidazione dell'urea, anammox, biogeochimica delle profondità marine