В природе встречаются породы древесины, характеризующиеся мягкостью и твердостью. Все они в различной степени аккумулируют углерод в стволе и ветвях, что делает их, по мнению экспертов, потенциальным решением проблемы изменения климата. Польские биотехнологи выявили, что два вида деревьев, относящихся к роду Liriodendron, имеют необычную внутреннюю структуру, не подпадающую под классификацию как твердой или мягкой древесины. Вероятно, эти деревья способны поглощать и удерживать углерод эффективнее, чем лиственные и хвойные породы.
Леса играют ключевую роль в поглощении углерода. От площади и состояния зависит регулирование углеродного баланса Земли. Бывают лиственные леса, хвойные и смешанные. Первые представлены так называемыми твердыми породами деревьев (дуб, бук, ясень, клен, береза), к ним относятся в основном мягкими (к мягких пород древесины относятся хвойные деревья, такие как кедр, ель, пихта и сосна. В эту же группу входят некоторые лиственные виды: липа, ольха, каштан и осина).
Древесина твердых пород более плотная, чем древесина мягких. Кроме того, лиственные деревья поглощают больше углерода, чем хвойные. Так, береза ежегодно поглощает 3,3 тонны углекислого газа, а дуб — 3,2 тонны ( характерно для России).
Ранее широко распространено было мнение, что в природе встречаются только мягкие и твердые породы дерева. Но недавно польские биотехнологи во главе с Яном Лычаковским обнаружили ( Jan Łyczakowski) из Ягеллонского университета выявила третий, «средний» тип, который представлен всего двумя деревьями данного рода Liriodendron: Liriodendron tulipifera и Liriodendron chinese. По мнению ученых, эти деревья способны поглощать углерод значительно эффективнее, чем лиственные и хвойные породы. В статье, опубликованной исследователями, было представлено их открытие, опубликованной в журнале New Phytologist.
Лычаковский и его соавторы проанализировали образцы древесины, полученные от 33 видов деревьев, произрастающих в ботаническом саду Кембриджского университета в Великобритании. Для сохранения структуры каждый образец был заморожен в жидком азоте при температуре минус 210 градусов Цельсия. Затем ученые изучили их с помощью криоэлектронного микроскопа, что позволило установить размер макрофибрилл каждой породы дерева — колонии крошечных нитей, эти структуры, напоминающие стержни, содержат клетки, составляющие древесину.
Согласно исследованиям ученых, макрофибриллы у лиственных деревьев с твердой древесиной, например, у дуба и березы, достигают диаметра около 15 нанометров. У хвойных пород, таких как сосна и ель (с мягкой древесиной), эти же макрофибриллы имеют больший размер – от 25 нанометров и более.
В процессе исследования образцов польские биотехнологи сделали неожиданное открытие. Ученые выяснили, что два вида деревьев, относящихся к роду Liriodendron — тюльпанное дерево ( Liriodendron tulipifera) и китайское тюльпанное дерево (Liriodendron chinense) — диаметр макрофибрилл у них отличается от такового у лиственных и хвойных пород. Он составляет около 20 нанометров, что находится между значениями для мягкой и твердой древесины. Более того, структура макрофибрилл тюльпанного дерева и китайского тюльпанного дерева существенно отличается от структуры твердых и мягких пород. Причины этого явления пока остаются невыясненными для ученых.
В предыдущих работах другие исследователи доказали, что некоторые представители рода Liriodendron достаточно быстро растут и обладают большой способностью к поглощению углерода. Это делает их потенциальными кандидатами на роль самых эффективных «углеродных губок». Пока что эти деревья люди используют лишь в качестве декоративных.
Liriodendron произошли от своих близких родственников магнолий ( Magnoliids) около 30–50 миллионов лет назад, когда концентрация углекислого газа в атмосфере значительно уменьшилась, снизившись с 1000 частей на миллион (ppm) приблизительно до 320. В настоящее время наблюдается лишь два вида: Liriodendron tulipifera и Liriodendron chinense.
Лычаковский полагает, что данные деревья способны формировать более крупные макрофибриллы, что позволит им более эффективно извлекать углерод из атмосферы в условиях его снижающейся концентрации. Польские ученые намерены подтвердить эту гипотезу: они планируют создать генетически модифицированные деревья с макрофибриллами определенного размера и оценить скорость и интенсивность поглощения углерода этими растениями.
Если окажется, что структуры диаметром как у Liriodendron лучше всего подходят для связывания углерода, можно будет вывести другие виды деревьев с аналогичными макрофибриллами, чтобы сделать их более эффективными в борьбе с изменением климата.