Леса — одни из главных поглотителей углерода. От их 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), вторые — в основном мягкими (кедр, ель, пихта, сосна, также к мягким относятся некоторые лиственные: липа, ольха, каштан, осина).
Твердая древесина плотнее мягкой, а еще лиственные деревья поглощают больше углерода, чем хвойные. Например, береза — 3,3 тонны углекислого газа в год, дуб — 3,2 тонны (характерно для России).
До недавнего времени считалось, что в природе существуют только мягкий и твердый типы древесины. Однако группа биотехнологов из Польши под руководством Яна Лычаковского (Jan Łyczakowski) из Ягеллонского университета обнаружила третий, «средний» тип, представленный лишь двумя деревьями рода Liriodendron: Liriodendron tulipifera и Liriodendron chinese. Эти деревья, как предположили ученые, могут гораздо эффективнее поглощать углерод, чем лиственные и хвойные. О своем открытии исследователи рассказали в статье, опубликованной в журнале New Phytologist.
Лычаковский и его коллеги исследовали образцы древесины, взятые у 33 видов деревьев в ботаническом саду Кембриджского университета в Великобритании. Каждый образец ученые заморозили в жидком азоте при температуре минус 210 градусов Цельсия, чтобы сохранить структуру. После их изучили с помощью криоэлектронного микроскопа. Это позволило определить размер макрофибрилл каждой породы дерева — колонии крошечных нитей, похожих на стержни, в которых находятся клетки древесины.
Ученые выяснили, что у лиственных пород, таких как дуб и береза (твердый тип), макрофибриллы имеют диаметр примерно 15 нанометров, в то время как у хвойных (мягкий тип), сосны и ели, макрофибриллы крупнее — 25 и более нанометров в диаметре.
Во время работы с образцами польские биотехнологи сделали неожиданное открытие. Они узнали, что два вида деревьев рода Liriodendron — тюльпанное дерево (Liriodendron tulipifera) и китайское тюльпанное дерево (Liriodendron chinense) — имеют отличный от лиственных и хвойных диаметр макрофибрилл. Он составляет приблизительно 20 нанометров — примерно посередине между мягким и твердым типами древесины. Кроме того, структура макрофибрилл тюльпанного дерева и китайского тюльпанного дерева оказалась совсем иной, чем у твердых и мягких пород. Почему именно — ученые пока не знают.
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) примерно 30-50 миллионов лет назад, когда концентрация углекислого газа в атмосфере резко снизилась с 1000 частей на миллион (ppm) примерно до 320. В наше время существует лишь два вида: Liriodendron tulipifera и Liriodendron chinense.
По мнению Лычаковского, эти деревья могли развить более крупные макрофибриллы, чтобы эффективнее «забирать» углерод из атмосферы по мере снижения его концентрации. Команда польских ученых планирует проверить это предположение: они собираются создать генетически модифицированные деревья с макрофибриллами «среднего размера», а затем узнать, как сильно и быстро эти растения будут поглощать углерод.
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.