Investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universidad Jagellónica de Polonia han descubierto un tipo de madera completamente nuevo que no encaja en ninguna de las categorías de madera dura o blanda. Este descubrimiento puede abrir nuevas oportunidades para mitigar el cambio climático mejorando la captura y el almacenamiento de carbono en plantaciones forestales de captura de carbono, mediante la plantación de un árbol de rápido crecimiento que se ve más comúnmente en jardines ornamentales.
El estudio descubrió que los árboles de tulipán , que están relacionados con las magnolias y pueden crecer más de 30 metros de altura, tienen este tipo único de madera.
El descubrimiento fue parte de un estudio evolutivo de la estructura microscópica de la madera de 33 especies de árboles de las Colecciones Vivas del CUBG . El estudio exploró cómo la disposición y las propiedades de las paredes celulares de la madera (ultraestructura de la madera) evolucionaron en maderas blandas (gimnospermas como pinos y coníferas) y maderas duras (angiospermas o plantas con flores como robles, fresnos, abedules y eucaliptos).
Liriodendron tulipifera. Fotos: Kathy Grube
Hemos hecho algunos nuevos descubrimientos clave en este estudio: una forma completamente nueva de ultraestructura de la madera nunca observada antes y una familia de gimnospermas con madera dura similar a la de las angiospermas en lugar de la típica madera blanda de las gimnospermas.
El autor principal de la investigación publicada en New Phytologist , el Dr. Jan Łyczakowski de la Universidad Jagellónica, explica: «A pesar de su importancia, sabemos poco sobre cómo la estructura de la madera evoluciona y se adapta al entorno externo. Hemos hecho algunos nuevos descubrimientos clave en este estudio: una forma completamente nueva de ultraestructura de la madera nunca observada antes y una familia de gimnospermas con madera dura similar a la de las angiospermas en lugar de la típica madera blanda de las gimnospermas.
“Los principales componentes de la madera son las paredes celulares secundarias, y es la arquitectura de estas paredes celulares la que le da a la madera su densidad y resistencia, de las que dependemos para la construcción. Las paredes celulares secundarias también son el mayor depósito de carbono en la biosfera, lo que hace que sea aún más importante comprender su diversidad para impulsar nuestros programas de captura de carbono y ayudar a mitigar el cambio climático”.
Las muestras de madera se recogieron de árboles del Jardín Botánico en coordinación con el Coordinador de Colecciones del CUBG. Se recogieron muestras de madera frescas, depositadas en la temporada de crecimiento de la primavera anterior, de una selección de árboles para reflejar la historia evolutiva de las poblaciones de gimnospermas y angiospermas a medida que divergían y evolucionaban.
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Los científicos utilizaron un microscopio electrónico de barrido de baja temperatura (crio-SEM) para obtener imágenes de la arquitectura a escala nanométrica de las paredes celulares secundarias (madera) en su estado hidratado nativo. Esto permite a los científicos ver las células mientras aún están vivas, en lugar de utilizar muestras secas o tratadas químicamente.
La investigación ilustra el valor y el impacto continuos que tienen los jardines botánicos en la contribución a la investigación moderna. Este estudio no sería posible sin contar con una selección tan diversa de plantas representadas a lo largo del tiempo evolutivo, todas creciendo juntas en el mismo lugar en las colecciones del Jardín Botánico.
Dr. Raymond Wightman, Laboratorio Sainsbury, Universidad de Cambridge
Descubrieron que las dos especies supervivientes del antiguo género Liriodendron , comúnmente conocido como tulipán ( Liriodendron tulipifera ) y tulipán chino ( Liriodendron chinense), tienen macrofibrillas mucho más grandes (fibras largas alineadas en capas en la pared celular secundaria) que sus parientes de madera dura.
El equipo sospecha que las macrofibrillas más grandes de este «bosque medio» son las que explican el rápido crecimiento de los tulipanes.
El Dr. Jan Łyczakowski continúa: “Mostramos que los liriodendros tienen una estructura intermedia de macrofibrillas que es significativamente diferente de la estructura de la madera blanda o dura. Los liriodendros divergieron de los árboles de magnolia hace unos 30-50 millones de años, lo que coincidió con una rápida reducción del CO 2 atmosférico . Esto podría ayudar a explicar por qué los árboles de tulipán son altamente efectivos en el almacenamiento de carbono”.
El Liriodendron tulipifera es originario de América del Norte y el Liriodendron chinense es una especie nativa del centro y sur de China y Vietnam. El Dr. Łyczakowski afirma: “Se sabe que ambas especies de tuliperos son excepcionalmente eficientes a la hora de retener carbono, y su estructura de macrofibrillas agrandada podría ser una adaptación que les ayude a capturar y almacenar más fácilmente grandes cantidades de carbono cuando la disponibilidad de carbono atmosférico se estaba reduciendo. Los tuliperos pueden acabar siendo útiles para las plantaciones de captura de carbono. Algunos países del este asiático ya están utilizando plantaciones de Liriodendron para retener carbono de forma eficiente, y ahora creemos que esto podría estar relacionado con su novedosa estructura de la madera”.
Ultraestructura de la madera de Liriodendron tulipifera observada con un microscopio crio-SEM. Foto: SLCU
El Dr. Raymond Wightman, director de las instalaciones centrales de microscopía del Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge , explica más sobre el estudio: “Analizamos algunos de los árboles más emblemáticos del mundo, como la secuoya costera, el pino Wollemi y los llamados ‘fósiles vivientes’ como Amborella trichopoda , que es la única especie sobreviviente de una familia de plantas que fue el primer grupo aún existente en evolucionar por separado de todas las demás plantas con flores.
“Los datos de nuestro estudio nos han proporcionado nuevos conocimientos sobre las relaciones evolutivas entre la nanoestructura de la madera y la composición de la pared celular, que difiere entre los linajes de plantas angiospermas y gimnospermas. Las paredes celulares de las angiospermas poseen unidades elementales características más estrechas, llamadas macrofibrillas, en comparación con las gimnospermas y esta pequeña macrofibrilla surgió después de la divergencia del ancestro Amborella trichopoda ”.
Gnetum gnemon creciendo en el invernadero de CUBG
Ultraestructura de la pared celular secundaria de Gnetum gnemon con microscopio crio-SEM. Foto: SLCU
Lyczakowski y Wightman también analizaron las macrofibrillas de la pared celular de dos plantas gimnospermas de la familia Gnetofitas –Gnetum gnemon y Gnetum edule (que crecen en el invernadero de CUBG)– y confirmaron que ambas tienen una ultraestructura de pared celular secundaria similar a las estructuras de pared celular de madera dura de las angiospermas. Este es un ejemplo de evolución convergente en la que las Gnetofitas han desarrollado de forma independiente una estructura de tipo madera dura que normalmente solo se observa en las angiospermas.
La encuesta se llevó a cabo mientras el Reino Unido sufría el cuarto verano más caluroso jamás registrado en el país en 2022.
«Creemos que este podría ser el estudio más grande, utilizando un microscopio crioelectrónico, de plantas leñosas que se haya realizado jamás», dice el Dr. Wightman. «Sólo fue posible hacer un estudio tan grande de madera hidratada fresca porque el Laboratorio Sainsbury está ubicado dentro de los terrenos del Jardín Botánico. Recogimos todas las muestras a primera hora de la mañana, las congelamos en nitrógeno ultrafrío y luego las fotografiamos hasta la medianoche.
“La investigación ilustra el valor y el impacto continuos que tienen los jardines botánicos al contribuir a la investigación moderna. Este estudio no sería posible sin contar con una selección tan diversa de plantas representadas a lo largo del tiempo evolutivo, todas creciendo juntas en el mismo lugar en las colecciones del Jardín Botánico”.
Referencia: Jan J Lyczakowski y Raymond Wightman (2024) La evolución convergente y adaptativa impulsó el cambio de la ultraestructura de la pared celular secundaria en los linajes actuales de plantas con semillas. New Phytologist. DOI: https://doi.org/10.1111/nph.19983
Esta investigación fue apoyada por subvenciones del Centro Nacional de Ciencias de Polonia y The Gatsby Charitable Foundation .
Este artículo fue escrito originalmente por el Laboratorio Sainsbury, Universidad de Cambridge.
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