Анаэробное окисление мочевины — недооценённый, но глобально значимый путь потери азота в морских седиментах

Почему скрытые пути азота имеют значение

Избыток удобрений и сточных вод вносит в океан огромные количества азота, способствуя цветению водорослей и появлению мало‑кислородных «мертвых зон». Учёные знают, что микробы, живущие в морской иле, помогают убирать этот избыток, превращая реактивный азот в безвредный азотный газ. До сих пор широко признавались лишь два основных пути «очистки». В этом исследовании показано, что третий, ранее упускавшийся из виду путь — анаэробное окисление мочевины в седиментах — тихо удаляет заметную долю азота, особенно в глубоких частях океана.

Тихая химия в бурных прибрежных морях

Мочевина известна прежде всего как продукт обмена у животных, но в океане она также вырабатывается микробами и поступает от человеческой деятельности. Авторы измеряли мочевину в иле под прибрежными морями Китая — от Бохайского и Жёлтого морей до Восточно‑Китайского моря. Они обнаружили, что хотя мочевины обычно меньше, чем аммоний, она может составлять существенную долю растворённого органического азота в порах седимента. Концентрации были выше у поверхности и снижались с глубиной, что указывает на постоянное потребление микробами. В ключевых слоях, где кислород отсутствует, но нитрат и нитрит ещё присутствуют, мочевина и эти окисленные формы азота перекрываются, создавая благоприятные условия для ранее предполагавшегося, но не доказанного пути — анаэробного окисления мочевины.

Доказательство скрытого пути в иле

Чтобы обнаружить этот процесс прямо, команда использовала чувствительный метод с трассером. Они добавляли в суспензии ила мочевину, меченную тяжёлым изотопом азота, и отслеживали появление меченого азотного газа. На большинстве станций при бескислородных условиях наблюдалось чёткое линейное накопление меченого газа, которое исчезало после стерилизации ила или при отсутствии нитрата и нитрита, что доказывало участие живых микробов. Однако часть сигнала могла возникать побочным путём, когда мочевина сначала расщепляется до аммония, а затем аммоний перерабатывается уже известными микробами. Исследователи разработали уточнённую схему расчётов, отделяющую этот косвенный путь от истинного прямого окисления мочевины, используя одновременные измерения меченого аммония и газа. После этой коррекции прямое анаэробное окисление мочевины всё ещё выявлялось в 90% отобранных точек, что показывает широкое распространение этого пути.

Как конкуренция формирует этот скрытый процесс

Подтвердив сам процесс, авторы оценили его значимость по сравнению с привычным путём, при котором микробы окисляют аммоний в бескислородных условиях. В прибрежных морях Китая окисление на основе мочевины шло медленнее, в среднем обеспечивая около 15% скорости окисления аммония и лишь несколько процентов от общей потери азота при учёте классической денитрификации. Тем не менее доля мочевины не была постоянной. Эксперименты показали, что и путь через мочевину, и путь через аммоний схожи по температурной чувствительности, но микробы, по‑видимому, предпочитают аммоний, потому что его легче использовать. Там, где в поровой воде аммония было много, относительный вклад мочевины значительно подавлялся; где аммоний был редок, роль мочевины возрастала. Эта тесная количественная связь между уровнями аммония и путём мочевины позволила авторам построить предиктивную зависимость для других частей океана.

Глобальная картина от мелководных шельфов до глубоких желобов

Имея эту зависимость и опубликованные данные по циклам азота и аммонию в седиментах по всему миру, исследователи оценили, сколько азота удаляет анаэробное окисление мочевины в глобальном масштабе. Они обнаружили, что абсолютные скорости сопоставимы в большинстве зон глубин, но падают в самых глубоких желобах. Контрастно, доля этого пути в общей потере азота возрастает с глубиной: она умеренная на продуктивных континентальных шельфах, больше на склонах и достигает примерно одной пятой потерь азота в некоторых абиссальных и хадальных седиментах. В целом авторы оценивают, что этот путь обеспечивает примерно 7% ежегодного удаления азота из морских седиментов, при этом глубокие бедные питательными веществами участки дна вносят непропорционально большой вклад.

Что это значит для азотного баланса океана

Для неспециалистов главный вывод таков: «самоочищение» океана от избытка азота сложнее, чем считалось ранее. Микробы в тёмном, бескислородном иле не ограничиваются одним‑двумя источниками азота; они также могут напрямую использовать мочевину, особенно в глубоких седиментах с низким содержанием аммония. Хотя этот путь медленнее, чем аммоний‑основной, он достаточно распространён, чтобы влиять на планетарный баланс азота. Поскольку существующие модели морского азотного цикла в основном игнорируют анаэробное окисление мочевины, эта работа указывает на необходимость пересмотреть текущие оценки скорости, с которой океан может избавляться от реактивного азота, и предсказания его реакции на продолжающиеся антропогенные влияния и изменения климата.

Цитирование: 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

Ключевые слова: морской азотный цикл, морские донные отложения, окисление мочевины, анаммокс, биогеохимия глубокого моря