Wetenschappers hebben een geheel nieuw soort hout ontdekt dat mogelijk zeer efficiënt is bij het opslaan van koolstof

30 juli 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en de beleidsregels van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

• gefactcheckt
• peer-reviewed publicatie
• betrouwbare bron
• gecontroleerd

door Universiteit van Cambridge

Onderzoekers die een evolutionaire studie uitvoeren naar de microscopische structuur van hout van enkele van 's werelds meest iconische bomen en struiken hebben een geheel nieuw type hout ontdekt.

Deze ontdekking kan nieuwe mogelijkheden bieden om koolstofvastlegging in plantagebossen te verbeteren door het planten van een snelgroeiende boom die vaker wordt gezien in siertuinen.

Uit het onderzoek bleek dat Tulpenbomen, die verwant zijn aan magnolia's en meer dan 100 voet hoog kunnen groeien, een uniek type hout hebben dat niet in de categorie hardhout of zachthout past.

Wetenschappers van de Jagiellonian Universiteit en de Universiteit van Cambridge gebruikten een lage-temperatuurscan-elektronenmicroscoop (cryo-SEM) om de nanoschaalarchitectuur van secundaire celwanden (hout) in hun natuurlijke gehydrateerde toestand in beeld te brengen.

De onderzoekers ontdekten dat de twee overgebleven soorten van het oude Liriodendron-genus, algemeen bekend als de Tulpenboom (Liriodendron tulipifera) en de Chinese Tulpenboom (Liriodendron chinense), veel grotere macrofibrillen hebben dan hun hardhouten familieleden (macrofibrillen zijn lange vezels die zijn uitgelijnd in lagen in de secundaire celwand).

Hoofdauteur van het onderzoek dat is gepubliceerd in New Phytologist, Dr. Jan Łyczakowski van de Jagiellonian Universiteit, zei: 'We laten zien dat Liriodendrons een tussenliggende macrofibrillaire structuur hebben die aanzienlijk verschilt van de structuur van zowel zachthout als hardhout. Liriodendrons wijken af van Magnoliabomen ongeveer 30-50 miljoen jaar geleden, wat samenviel met een snelle vermindering van atmosferisch CO2. Dit kan helpen verklaren waarom Tulpenbomen zeer effectief zijn in koolstofopslag.'

Het team vermoedt dat het de grotere macrofibrillen in dit 'midhout' of 'accumulatorhout' zijn die verantwoordelijk zijn voor de snelle groei van de Tulpenbomen.

Łyczakowski voegde eraan toe: 'Beide soorten Tulpenbomen staan bekend om hun uitzonderlijke efficiëntie in het vastleggen van koolstof, en hun vergrote macrofibrillaire structuur zou een aanpassing kunnen zijn om hen gemakkelijker in staat te stellen grotere hoeveelheden koolstof vast te leggen en op te slaan toen de beschikbaarheid van atmosferische koolstof werd verminderd.

'Tulpenbomen kunnen nuttig blijken te zijn voor koolstofvastleggingsplantages. Sommige Oost-Aziatische landen gebruiken al Liriodendron-plantages om efficiënt koolstof vast te leggen, en we denken nu dat dit verband zou kunnen houden met hun nieuwe houtstructuur.'

Liriodendron tulipifera komt voor in Noord-Amerika en Liriodendron chinense is een inheemse soort in centraal en zuidelijk China en Vietnam.

De ontdekking maakte deel uit van een onderzoek naar 33 boomsoorten uit de Levende Collecties van de Cambridge Universiteit Botanic Garden om te onderzoeken hoe hout ultrastructuur evolueerde in naaldbomen (gymnospermen zoals dennen en coniferen) en loofbomen (bedektzadigen zoals eiken, essen, berken en eucalyptus).

Łyczakowski zei: 'Ondanks het belang ervan weten we weinig over hoe de structuur van hout evolueert en zich aanpast aan de externe omgeving. We hebben enkele belangrijke nieuwe ontdekkingen gedaan in dit onderzoek - een volledig nieuw type hout ultrastructuur dat nog nooit eerder is waargenomen en een familie van naaldbomen met loofhout in plaats van het typische naaldbomen zachthout.

'De belangrijkste bouwstenen van hout zijn de secundaire celwanden, en het is de architectuur van deze celwanden die hout zijn dichtheid en sterkte geeft die we nodig hebben voor constructie. Secundaire celwanden zijn ook de grootste opslagplaats van koolstof in de biosfeer, wat nog belangrijker maakt om hun diversiteit te begrijpen om onze koolstofvastleggingsprogramma's verder te ontwikkelen om klimaatverandering tegen te gaan.'

Hout ultrastructuur verwijst naar de gedetailleerde microscopische architectuur van hout, omvattende de ordening en organisatie van de materiële componenten ervan. Dit onderzoek naar hout met behulp van een cryo-scannende-elektronenmicroscoop richtte zich op:

Het bestuderen van de hout ultrastructuur is cruciaal voor verschillende toepassingen, waaronder houtverwerking, materiaalkunde en het begrijpen van ecologische en evolutionaire aspecten van bomen. Het begrijpen van de biologie achter boomgroei en houtafzetting is ook waardevolle informatie bij het berekenen van koolstofvastlegging.

De houtmonsters werden verzameld van bomen in de Levende Collecties van de Cambridge Universiteit Botanic Garden in samenwerking met de Collectiecoördinator van de Tuin, Margeaux Apple. Verse houtmonsters die waren afgezet in het vorige groeiseizoen van de lente werden verzameld van een selectie bomen om de evolutionaire geschiedenis van gymnosperm- en angiosperm-populaties te weerspiegelen terwijl ze zich afsplitsen en evolueren.

Raymond Wightman, Manager van de Microscopy Core Facility aan het Sainsbury Laboratory van de Universiteit van Cambridge, zei, 'We hebben enkele van 's werelds meest iconische bomen geanalyseerd, zoals de reuzensequoia, de Wollemi-den en de zogenaamde 'levende fossielen' zoals de Amborella trichopoda, die de enige overlevende soort is van een plantenfamilie die het vroegst nog bestaande groep was die apart evolueerde van alle andere bloeiende planten.'

'Onze gegevensuitvoering heeft ons nieuwe inzichten gegeven in de evolutionaire relaties tussen hout nanostructuur en de celwand samenstelling, die verschilt over de afstamming van angiospermen en gymnospermen planten. Angiospermen celwanden hebben kenmerkend smallere elementaire eenheden, genaamd macrofibrillen, vergeleken met gymnospermen en deze kleine macrofibril ontstond na divergentie van de Amborella trichopoda voorouder.'

Lyczakowski en Wightman hebben ook de celwandmacrofibrillen van twee gymnospermplanten in de Gnetophytes familie—Gnetum gnemon en Gnetum edule—aanlsichegen en bevestigd dat beide een secundaire celwand ultrastructuur hebben die synoniem is aan de hardhout celwandstructuren van angiospermen.

Dit is een voorbeeld van convergente evolutie waarbij de Gnetophytes onafhankelijk een hardhouttype structuur hebben geëvolueerd die normaal alleen gezien wordt bij angiospermen.

De survey werd uitgevoerd terwijl het VK gebukt ging onder de op 3 na heetste zomer ooit in 2022.

'We denken dat dit de grootste survey kan zijn, gebruikmakend van een cryo-elektronenmicroscoop, van houtige planten ooit uitgevoerd,' zei Wightman.

'Het was alleen mogelijk om zo'n grote survey van vers gehydrateerd hout uit te voeren omdat het Sainsbury Lab zich bevindt binnen de gronden van de Botanische Tuin van de Universiteit van Cambridge. We hebben alle monsters verzameld tijdens de zomer van 2022—verzamelen in de vroege ochtend, de monsters bevriezen in ultrakoude slushstikstof en vervolgens de monsters doorlopend beeldhouwen tot middernacht.'

'Dit onderzoek illustreert de voortdurende waarde en impact die botanische tuinen hebben bij het bijdragen aan modern onderzoek. Deze studie zou niet mogelijk zijn zonder zo'n diversiteit aan planten vertegenwoordigd in de evolutionaire tijd, allemaal groeiend op dezelfde plaats in de Collecties van de Botanische Tuin van de Universiteit van Cambridge.'

Meer informatie: Jan J Lyczakowski en Raymond Wightman, Convergente en adaptieve evolutie dreef de verandering van secundaire celwand ultrastructuur in bestaande groepen van zaadplanten, New Phytologist (2024). DOI: 10.1111/nph.19983

Alle cryo-SEM beelden van de hout survey zijn publiekelijk beschikbaar in dit Mendeley repository.

Journal informatie: New Phytologist

Verstrekt door de Universiteit van Cambridge