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. Umożliwia im ona 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 (Liriodendron tulipifera) oraz w Chinach i Wietnamie (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, dla którego sadzi się je również w polskich ogrodach.
Dr Jan Łyczakowski z Zakładu Biotechnologii Roślin Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz dr Raymond Wightman z Sainsbury Laboratory Cambridge Univresity wykorzystali niskotemperaturowy mikroskop elektronowy, aby zobrazować ultrastrukturę wtórnych ścian komórkowych tworzących drewno. Naukowcy analizowali drewno 33 różnych gatunków drzew i krzewów, uwzględniając 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 milionów 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 – wskazuje dr Jan Łyczakowski.
Dodaje zarazem, że oba gatunki tulipanowców są bardzo efektywne w wychwytywaniu dwutlenku węgla z atmosfery, a odkryta struktura drewna może im to w dużej mierze 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 – wyjaśnia badacz z Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Próbki do badań pozyskano z roślin rosnących w zbiorze Livng Collections ogrodu botanicznego Uniwersytetu w Cambridge z pomocą kuratorki kolekcji Margeaux Apple.
Nasze badania były możliwe tylko i wyłącznie dzięki temu, że instytut znajduje się w sercu ogrodu botanicznego. Analizowaliśmy świeże, uwodnione próbki drewna, aby obrazować natywną, naturalną strukturę makrofibryl. W tym celu zbieraliśmy preparaty wcześnie rano i często prowadziliśmy eksperymenty do późnych godzin wieczornych, 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, kierownik działu mikroskopii w Sainsbury Laboratory.
Obaj naukowcy zauważają, że ich wspólne badania podkreślają dużą rolę, jaką dla współczesnej nauki pełnią 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.
Wyniki badań ukazały się w czasopiśmie New Phytologist.
Łukasz Wspaniały, źródło: UJ