New Phytologist: Открыта новая порода древесины, эффективно хранящая углерод

Учёные исследовали, как устроены деревья изнутри. Они обнаружили новый вид древесины у некоторых известных деревьев и кустарников.

Это открытие может помочь лучше сохранять углерод в лесах, если посадить быстрорастущее дерево, которое часто используют для украшения садов.

Учёные из Ягеллонского и Кембриджского университетов исследовали тюльпановые деревья. Эти деревья похожи на магнолии и могут вырастать очень высокими — больше 30 метров.

Исследователи использовали специальный микроскоп, чтобы рассмотреть структуру древесины этих деревьев (на фото). Они выяснили, что древесина у них особенная: она не похожа ни на твёрдые, ни на мягкие породы дерева.

Исследователи выяснили, что два вида древнего рода Liriodendron — Тюльпановое и Китайское тюльпановое дерево — имеют более крупные макрофибриллы, чем их лиственные сородичи. Макрофибриллы — это волокна в слоях вторичной клеточной стенки.

Доктор Ян Лычаковски из Ягеллонского университета, автор исследования, опубликованного в журнале New Phytologist, отметил, что структура макрофибрилл у лириодендронов отличается от хвойных и лиственных пород. Лириодендроны произошли от магнолиевых деревьев 30-50 миллионов лет назад, когда уровень CO2 в атмосфере быстро снижался. Это может объяснить способность тюльпановых деревьев накапливать углерод.

Команда считает, что быстрый рост Тюльпановых деревьев связан с более крупными макрофибриллами в их древесине.

Лычаковски добавил, что оба вида Тюльпановых деревьев известны своей способностью связывать углерод. Увеличенная структура макрофибрилл помогает им захватывать и хранить большие объёмы углерода при его нехватке в атмосфере. Это делает Тюльпановые деревья полезными для плантаций по улавливанию углерода. Некоторые страны Восточной Азии уже используют плантации Liriodendron для эффективного связывания углерода, и теперь мы думаем, что это может быть связано с новой структурой древесины.

Liriodendron tulipifera растёт в Северной Америке, а Liriodendron chinense — в Китае и Вьетнаме.

Это стало известно в ходе исследования 33 видов деревьев из Ботанического сада Кембриджского университета. Учёные изучали, как устроена древесина мягких (сосны и хвойные) и твёрдых (дуб, ясень, берёза и эвкалипт) деревьев.

Лычаковски отметил, что мы мало знаем о том, как структура древесины адаптируется к внешней среде. В этом исследовании были сделаны два важных открытия:

  • совершенно новая форма ультраструктуры древесины;
  • семейство гимноспермов с твёрдой древесиной, похожей на ангиоспермоподобную, вместо типичной для гимноспермов мягкой древесины.

Вторичные клеточные стенки — основные строительные блоки древесины. Их архитектура придаёт древесине плотность и прочность. Также вторичные клеточные стенки являются крупнейшим хранилищем углерода в биосфере. Поэтому понимание их разнообразия важно для смягчения последствий изменения климата.

Ультраструктура древесины

Ультраструктура древесины — это её микроскопическая архитектура, включающая расположение и организацию компонентов.

  1. С помощью криосканирующего электронного микроскопа исследователи изучили вторичную клеточную стенку, которая состоит из целлюлозы и других сложных сахаров и пропитана лигнином для придания жёсткости. Эти компоненты образуют длинные волокна, расположенные слоями внутри вторичной клеточной стенки.
  2. Макрофибрилла — самая маленькая структура, которую можно измерить с помощью криоСЭМ. Её толщина составляет порядка 10-40 нанометров. Она состоит из микрофибрилл целлюлозы (3-4 нанометра) и других компонентов.

Изучение строения древесины важно для деревообработки, материаловедения и понимания экологических и эволюционных аспектов деревьев.

Понимание того, как растёт древесина, полезно для расчёта улавливания углерода.

Ботанический сад Кембриджского университета

Образцы древесины были собраны в Ботаническом саду Кембриджского университета под руководством координатора коллекций сада Марджо Эппл. Образцы представляют собой древесину, образованную весной, нескольких деревьев, что позволяет изучить историю эволюции хвойных и цветковых растений.

Доктор Раймонд Уайтман из Лаборатории Сэйнсбери Кембриджского университета рассказал, что они исследовали некоторые известные виды деревьев, такие как гигантская секвойя и сосна Воллеми, а также «живое ископаемое» Amborella trichopoda — единственный сохранившийся вид семейства растений, которое развивалось отдельно от всех других цветковых растений.

Наше исследование показало, как связаны наноструктура древесины и состав клеточной стенки у разных растений. У ангиоспермов клеточные стенки устроены сложнее: их элементарные единицы — макрофибриллы — меньше, чем у гимноспермов. А возникли они после того, как от общего предка Amborella trichopoda пошли две разные линии растений.

Личаковски и Уайтман выяснили, что у двух растений из семейства гнетофитовых — Gnetum gnemon и Gnetum edule — структура клеточной стенки похожа на структуру твёрдой древесины ангиоспермовых. Это пример конвергентной эволюции: растения независимо друг от друга развили подобную структуру.

Учёные провели исследование древесины с помощью криоэлектронного микроскопа. Они собрали образцы летом 2022 года, когда в Великобритании было очень жарко. Образцы собирали ранним утром, замораживали и исследовали до полуночи.

Вайтман отметил, что это самое крупное подобное исследование. Провести его стало возможным благодаря лаборатории Сэйнсбери, которая находится на территории ботанического сада Кембриджского университета.

Это исследование было бы невозможно без коллекции растений Ботанического сада Кембриджского университета, в которой собраны разнообразные виды растений, представляющие разные периоды эволюции.

31.07.2024


Подписаться в Telegram



Биосфера

TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем

Есть много анекдотов о том, как дики...

FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными

Раньше африканские гигантские крысы умели нахо...

JVIM: ИИ находит шумы в собачьем сердце с точностью 90%
JVIM: ИИ находит шумы в собачьем сердце с точностью 90%

Алгоритм, изначально разработанный для лю...

PNAS: Эпоху динозавров запустил лед, а вовсе не пламя
PNAS: Эпоху динозавров запустил лед, а вовсе не пламя

201,6 миллиона лет назад произошло массов...

RSTB: Социальные виды, включая людей, живут и размножаются дольше
RSTB: Социальные виды, включая людей, живут и размножаются дольше

Социальные виды живут дольше и размножают...

Science: Водные насекомые заменят пауков и мух в пищевой цепи
Science: Водные насекомые заменят пауков и мух в пищевой цепи

Животные должны получать достаточное количеств...

Nature Communications: Новый метод уменьшает количество пор в растениях
Nature Communications: Новый метод уменьшает количество пор в растениях

Химическое соединение, которое регулирует плот...

IPS&M: Инвазивные деревья могут приносить владельцам участков доход
IPS&M: Инвазивные деревья могут приносить владельцам участков доход

На брёвнах инвазивных деревьев можно выращиват...

AdFM: Сгруппировавшиеся фаги стали еще эффективнее бить бактерий
AdFM: Сгруппировавшиеся фаги стали еще эффективнее бить бактерий

Неожиданный результат при подготовке обра...

Science: Голодные бактерии берут своих жертв на абордаж
Science: Голодные бактерии берут своих жертв на абордаж

В мировом океане обитает множество бактерий, и...

ES&E: Пингвины в Африке охотно размножаются в искусственных гнездах
ES&E: Пингвины в Африке охотно размножаются в искусственных гнездах

Искусственные гнезда способствуют размножению ...

Vertebrate Zoology: На Мадагаскаре нашли пронзительно щебечущих лягушек
Vertebrate Zoology: На Мадагаскаре нашли пронзительно щебечущих лягушек

Исследователи обнаружили в тропических ле...

Evolution & Development: В Австралии нашли одну из самых ранних форм жизни
Evolution & Development: В Австралии нашли одну из самых ранних форм жизни

В Южной Австралии есть горный хребет. Под ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Регистрация сми на IV конгресс молодых ученых продлевается до 6 ноября
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
На старт! Внимание! MITEX!
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии