Открыт новый тип древесины — «мидвуд», который может помочь в борьбе с изменением климата

Долгое время учёные делили деревья на два типа по древесине: хвойные (сосны, ели) и лиственные (дубы, клёны). Первые растут быстрее, вторые — медленнее и образуют более плотную древесину.

Наше недавнее исследование выявило нечто совершенно новое — третий тип, который мы назвали «мидвуд» (midwood). Это открытие может оказаться ценным в борьбе с ростом уровня углекислого газа (CO₂) в атмосфере — основной причины изменения климата.

Деревья — естественные поглотители углерода. Тюльпанное дерево (Liriodendron tulipifera, или желтый тополь) — один из лучших по улавливанию CO₂. В лесах на востоке США, где оно доминирует, запасается в 2–6 раз больше углерода, чем в лесах с другими видами. Это дерево уже популярно в лесопосадках в Юго-Восточной Азии и рекомендуется для поглощения углерода в США.

Этот вид и его близкий родственник, китайское тюльпанное дерево (Liriodendron chinense), принадлежат к древней линии, существующей 50–30 миллионов лет — период значительных изменений в атмосферном CO₂. До недавнего времени их химия и структура, которые могли бы объяснить их эффективность, были мало изучены.

Эволюция структуры древесины

Традиционные методы анализа структуры древесины не учитывают разницу между живой и высушенной древесиной. Мы преодолели это, используя низкотемпературную сканирующую электронную микроскопию в Sainsbury Laboratory (Кембриджский университет). Это позволило наблюдать древесину в нанометровом масштабе, сохраняя её естественную влажность.

Мы изучили различные деревья в Ботаническом саду Кембриджского университета, чтобы понять эволюцию древесины. Ключевой структурный элемент — макрофибрилла (волокно из целлюлозы). Мы обнаружили, что её диаметр значительно различается:

• У лиственных пород (дуб, клён) — около 16 нанометров (нм).
• У хвойных пород (сосна, ель) — около 28 нм.

Изучив древние цветковые растения, мы выяснили, что переход от структуры хвойных к лиственным, вероятно, произошёл в ходе эволюции семейства магнолиевых.

Неожиданное открытие: мидвуд

Тюльпанное дерево — близкий родственник магнолий, но его древесина не вписывается ни в одну из двух известных категорий. Диаметр его макрофибрилл составил около 22 нм — промежуточное значение между хвойными и лиственными породами. Эта неожиданная структура заставила нас классифицировать его древесину как «мидвуд» — совершенно новую категорию.

Мидвуд — супер-аккумулятор углерода?

Почему у тюльпанного дерева такая уникальная древесина? Мы полагаем, это связано с эволюционным давлением миллионы лет назад. Когда эти деревья появились, уровень CO₂ в атмосфере падал с ~1000 ppm до ~500 ppm. Это сокращение доступного CO₂ могло заставить тюльпанные деревья развить более эффективный метод хранения углерода, что привело к их уникальной структуре. Сегодня эта адаптация, вероятно, способствует их исключительной способности секвестрировать углерод.

Мы больше не можем предполагать, что любое дерево относится только к двум известным категориям. Тюльпанное дерево с его структурой мидвуда демонстрирует «углеродо-жадное» поведение. Теперь мы исследуем, является ли его уникальная структура единственной причиной его эффективности, и ищем другие деревья с мидвудом или даже новые типы древесины.

Эти открытия подчёркивают важность ботанических исследований и роль коллекций, подобных коллекции Кембриджского ботанического сада, в раскрытии новых знаний о растениях.