Naukowcy przebadali tulipanowce i odkryli nowy typ drewna

Analizując ewolucję drzew, naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego i Uniwersytetu w Cambridge odkryli, że tulipanowce mają odmienną ultrastrukturę drewna od pozostałych badanych gatunków iglastych i liściastych. Nowo odkryta ultrastruktura może umożliwiać im magazynowanie większej ilości węgla w wielocukrach tworzących drewno. Niewykluczone, że zrozumienie tego procesu pomoże w walce ze zmianami klimatu.

Tulipanowce w naturze występują w Ameryce Północnej (gatunek Liriodendron tulipifera) oraz w Chinach i Wietnamie (gat. Liriodendron chinense). Drzewa te są wysokie, niektóre przekraczają 60 m wysokości i mają pojedynczy, prosty, późno rozgałęziający się pień. Ich piękne jesienne ubarwienie jest powodem częstego sadzenia w ogrodach, w których rosną również w Polsce.

Poznanie struktury makrofibryl

Dr Jan Łyczakowski z Zakładu Biotechnologii Roślin Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ oraz dr Raymond Wightman z Sainsbury Laboratory Cambridge University wykorzystali niskotemperaturowy mikroskop elektronowy, aby zobrazować ultrastrukturę wtórnych ścian komórkowych tworzących drewno. Naukowcy analizowali drewno 33 różnych gatunków drzew i krzewów. Uwzględnili gatunki ważne dla poznania ewolucji roślin, takie jak Amborella trichopoda, wybrane gatunki gniotowców oraz wspomniane tulipanowce. Głównym celem badań było poznanie struktury makrofibryl – włóknistych struktur o średnicy 10-40 nm tworzących drewno. Aby je zmierzyć, musieli patrzeć na drewno w badanych próbkach z powiększeniem przekraczającym 50 tys. razy.

– Wykazaliśmy, że makrofibryle tworzące drewno jedynych przetrwałych do dziś gatunków tulipanowca – Liriodendron tulipifera oraz Liriodendron chinense – jest inne niż to obecne w drzewach iglastych i liściastych. Co ciekawe, tulipanowce wyewoluowały 30-50 mln lat temu w momencie, w którym atmosferyczne stężenie dwutlenku węgla znacznie spadało. Sądzimy, że struktura drewna tulipanowców może być przystosowaniem do zamykania dwutlenku węgla, którego rośliny miały coraz mniej w czasie, kiedy ewoluował badany przez nas gatunek – mówi dr Jan Łyczakowski, pierwszy autor badania opublikowanego w czasopiśmie „New Phytologist”.

I dodaje: – Oba gatunki tulipanowców są bardzo dobre w wychwytywaniu dwutlenku węgla z atmosfery, a odkryta przez nas struktura drewna może im to umożliwiać. Dlatego sądzimy, że lepsze poznanie ultrastruktury drewna oraz jego składu biochemicznego może być kluczowe, aby wiedzieć, co tym kieruje i jak duża ilość dwutlenku węgla może być zamykana w drewnie.

Badania w sercu ogrodu botanicznego

Próbki do badań pozyskano z roślin rosnących w zbiorze „Living Collections” ogrodu botanicznego Uniwersytetu w Cambridge z pomocą kuratorki kolekcji Margeaux Apple. Dr Jan Łyczakowski i dr Raymond Wightman analizowali próbki w Sainsbury Laboratory Cambridge University, w którym badacz z UJ przebywał w ramach stażu finansowanego z programu „Sonatina 3” Narodowego Centrum Nauki.

– Nasze badania były możliwe wyłącznie dzięki temu, że instytut znajduje się w sercu ogrodu botanicznego. Analizowaliśmy świeże, uwodnione próbki drewna, aby obrazować natywną, naturalną strukturę makrofibryl. Zbieraliśmy preparaty wcześnie rano i często prowadziliśmy eksperymenty do późnego wieczora, wykorzystując w pełni możliwości mikroskopu elektronowego. Oprócz badań nad tulipanowcem nasza praca zidentyfikowała wiele ciekawych procesów w ewolucji struktury drewna. Przebadaliśmy żywe skamieniałości, takie jak okrytozalążkowa Amborella trichopoda, co pozwoliło nam odkryć, że roślina ta, mimo oczywistego podobieństwa do drzew liściastych, wciąż ma makrofibryle takie jak te obecne w roślinach nagozalążkowych, jak np. modrzew, sosna lub świerk. Dodatkowo odkryliśmy, że w nagozalążkowych gniotowcach, takich jak Gnetum gnemon lub Gnetum edule, ewolucja zbieżna doprowadziła do powstania ultrastruktury drewna obecnej w drzewach liściastych. To było dla nas duże zaskoczenie – przyznaje dr Raymond Wightman, współautor badań z Uniwersytetu w Cambridge oraz kierownik działu mikroskopii w Sainsbury Laboratory.

– Nasze badania prowadzone wspólnie z Uniwersytetem Jagiellońskim podkreślają, jak dużą rolę dla współczesnej nauki mają ogrody botaniczne i ich zbiory. Nie moglibyśmy przeprowadzić tych eksperymentów bez łatwego dostępu do bogatej kolekcji ogrodu botanicznego w Cambridge oraz tego, że wysokiej klasy mikroskop elektronowy znajduje się zaraz obok rzadko uprawianych gatunków roślin, jak Amborella, Gnetum lub inna badana przez nas żywa skamieniałość Wollemia nobilis – dodaje dr Wightman.

Badania finansowane były ze środków Narodowego Centrum Nauki oraz The Gatsby Charitable Foundation.

Źródło: Uniwersytet Jagielloński w Krakowie

Czytaj także: Biomasa leśna – remedium na problemy energetyczne?