Científicos descubren un tipo de madera completamente nuevo que podría ser altamente eficiente en el almacenamiento de carbono.

• 30 de julio de 2024

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por Universidad de Cambridge

Investigadores que realizan un estudio evolutivo de la estructura microscópica de la madera de algunos de los árboles y arbustos más emblemáticos del mundo han descubierto un tipo completamente nuevo de madera.

Este descubrimiento puede abrir nuevas oportunidades para mejorar la captura de carbono en plantaciones forestales plantando árboles de crecimiento rápido que se encuentran más comúnmente en jardines ornamentales.

El estudio encontró que los Tulipanes, que están relacionados con las magnolias y pueden crecer bien más de 100 pies de altura, tienen un tipo de madera único que no encaja en la categoría de madera dura o blanda.

Científicos de la Universidad Jagellónica y la Universidad de Cambridge utilizaron un microscopio electrónico de barrido a baja temperatura (crio-SEM) para imaginar la arquitectura nanométrica de las paredes celulares secundarias (madera) en su estado hidratado nativo.

Los investigadores encontraron que las dos especies sobrevivientes del antiguo género Liriodendron, comúnmente conocidas como Tulipán (Liriodendron tulipifera) y Tulipán Chino (Liriodendron chinense) tienen macrofibras mucho más grandes que sus parientes de madera dura (las macrofibras son fibras largas alineadas en capas en la pared celular secundaria).

El autor principal de la investigación publicada en New Phytologist, el Dr. Jan Łyczakowski de la Universidad Jagellónica, dijo: 'Mostramos que los Liriodendros tienen una estructura de macrofibras intermedia que es significativamente diferente de la estructura de la madera dura o blanda. Los Liriodendros divergieron de los Árboles de Magnolia hace alrededor de 30 a 50 millones de años, lo que coincidió con una rápida reducción en el CO2 atmosférico. Esto podría ayudar a explicar por qué los Tulipanes son altamente efectivos en el almacenamiento de carbono'.

El equipo sospecha que las macrofibras más grandes en esta 'madera media' o 'madera acumuladora' están detrás del rápido crecimiento de los Tulipanes.

Łyczakowski agregó: 'Ambas especies de Tulipán son conocidas por ser excepcionalmente eficientes en la captura de carbono, y su estructura de macrofibras agrandadas podría ser una adaptación para ayudarles a capturar y almacenar cantidades más grandes de carbono cuando la disponibilidad de carbono atmosférico estaba siendo reducida'.

'Los Tulipanes podrían resultar útiles para las plantaciones de captura de carbono. Algunos países de Asia oriental ya están utilizando plantaciones de Liriodendro para capturar eficientemente carbono, y ahora pensamos que esto podría estar relacionado con su estructura de madera novedosa'.

Los Liriodendron tulipifera son nativos de América del Norte y Liriodendron chinense es una especie nativa de China central y del sur, y Vietnam.

El descubrimiento fue parte de un estudio de 33 especies de árboles de las Colecciones Vivas del Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge que exploran cómo evolucionó la ultraestructura de la madera en gimnospermas (como pinos y coníferas) y angiospermas (como roble, fresno, abedul y eucaliptos).

Łyczakowski dijo: 'A pesar de su importancia, sabemos poco sobre cómo evoluciona y se adapta la estructura de la madera al medio ambiente externo. Realizamos algunos descubrimientos clave en este estudio: una forma completamente novedosa de ultraestructura de madera nunca antes observada y una familia de gimnospermas con madera dura similar a la de las angiospermas en lugar de la madera blanda típica de las gimnospermas'.

'Los bloques principales de construcción de la madera son las paredes celulares secundarias, y es la arquitectura de estas paredes celulares la que le da a la madera su densidad y su fuerza en las que confiamos para la construcción. Las paredes celulares secundarias también son el repositorio más grande de carbono en la biosfera, por lo que es aún más importante comprender su diversidad para avanzar en nuestros programas de captura de carbono y ayudar a mitigar el cambio climático'.

La ultraestructura de la madera se refiere a la detallada arquitectura microscópica de la madera, que abarca la disposición y organización de sus componentes materiales. Este estudio de la madera utilizando un microscopio electrónico de barrido criogénico se centró en:

Estudiar la ultraestructura de la madera es crucial para diversas aplicaciones, incluido el procesamiento de la madera, la ciencia de los materiales, y la comprensión de los aspectos ecológicos y evolutivos de los árboles. Comprender la biología detrás del crecimiento de los árboles y la deposición de madera también es información valiosa al calcular la captura de carbono'.

Las muestras de madera se recolectaron de árboles en el Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge en coordinación con la Coordinadora de Colecciones del Jardín, Margeaux Apple. Se recogieron muestras frescas de madera depositadas en la temporada de crecimiento de la primavera anterior de una selección de árboles para reflejar la historia evolutiva de las poblaciones de gimnospermas y angiospermas a medida que divergían y evolucionaban.

El Gerente del Laboratorio de Microscopía de la Facultad de la Universidad de Cambridge, Dr. Raymond Wightman, dijo: 'Hemos analizado algunos de los árboles más emblemáticos del mundo como la secuoya gigante, el pino Wollemi y los llamados 'fósiles vivientes' como Amborella trichopoda, que es la única especie sobreviviente de una familia de plantas que fue el grupo existente más antiguo en evolucionar por separado de todas las demás plantas con flores. 'Nuestros datos de la encuesta nos han brindado nuevas perspectivas sobre las relaciones evolutivas entre la nanoestructura de la madera y la composición de la pared celular, que difieren entre las líneas de plantas angiospermas y gimnospermas. 

Las paredes celulares de las angiospermas poseen unidades elementales más estrechas característicamente, llamadas macrofibrillas, en comparación con las gimnospermas y estas macrofibrillas más pequeñas surgieron después de la divergencia del antepasado de Amborella trichopoda. 

Lyczakowski y Wightman también analizaron las macrofibrillas de la pared celular de dos plantas gimnospermas en la familia de las Gnetofitas: Gnetum gnemon y Gnetum edule, y confirmaron que ambas tienen una ultraestructura de pared celular secundaria sinónima de las estructuras de pared celular de madera dura de las angiospermas. E

ste es un ejemplo de evolución convergente donde las Gnetofitas han evolucionado de manera independiente una estructura tipo madera dura que normalmente solo se ve en angiospermas. La encuesta se llevó a cabo mientras el Reino Unido sufría bajo el cuarto verano más caliente jamás registrado en el 2022. 

'Creemos que esta podría ser la encuesta más grande, utilizando un microscopio crioelectrónico, de plantas leñosas jamás realizada,' dijo Wightman. 'Fue posible realizar una encuesta tan grande de madera fresca hidratada porque el Laboratorio Sainsbury está ubicado en los terrenos del Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge. Recolectamos todas las muestras durante el verano de 2022, recolectando por la mañana temprano, congelando las muestras en nitrógeno superfrío y luego imaginando las muestras hasta la medianoche. 

'Esta investigación ilustra el valor continuo e impacto que los jardines botánicos tienen en la contribución a la investigación moderna. Este estudio no hubiera sido posible sin tener una selección tan diversa de plantas representadas a lo largo del tiempo evolutivo, todas creciendo juntas en el mismo lugar en las Colecciones del Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge.'