Skogar med tulpanträd visar sig lagra in mellan två och sex gånger mer kol än skogar där andra arter dominerar.
Så länge som forskare har studerat träd har vi kategoriserat dem i två typer baserat på vilken typ av ved de gör. Barrträd inkluderar tallar och granar och växer generellt snabbare än lövträd, som ekar och lönnar, som kan ta flera decennier att mogna och göra en tätare ved.
Men vår senaste forskning har avslöjat något helt nytt: en tredje kategori som vi kallar ”midwood”. Denna upptäckt kan visa sig vara värdefull i kampen mot stigande koldioxidnivåer (CO₂) i jordens atmosfär – den primära orsaken till klimatförändringarna.
Träd är naturliga kolsänkor. Det betyder att de absorberar enorma mängder CO₂ från luften och lagrar det i sitt trä. Tulpanträdet (Liriodendron tulipifera), även känt som den gula poppeln, är en topp-presterande inom kolavskiljning. I USA lagrar skogar som domineras av tulpanträd mellan två och sex gånger mer kol än skogar där andra arter dominerar. Tulpanträdet är redan populärt i plantager i delar av Sydostasien och nämns som ett bra val för kolavskiljning för trädgårdsmästare och stadsplanerare i USA.
Denna art, tillsammans med sin nära släkting, det kinesiska tulpanträdet (Liriodendron chinense), tillhör en forntida härstamning som går tillbaka 50-30 miljoner år – en period som kännetecknas av betydande förändringar i atmosfärisk CO₂. Endast dessa två arter överlevde. Och tills nyligen var deras kemi och struktur, som kan berätta varför dessa träd är så bra på att fånga kol, i stort sett okända.
Traditionella metoder för att analysera träets inre struktur förbiser skillnaderna mellan levande och torkat trä, det senare är mycket lättare att studera. Det är ett problem eftersom trä på molekylär nivå förändras utan vatten. Utmaningen är att observera trä som fortfarande behåller sitt vatten.
Vi övervann detta genom att använda en teknik som kallas lågtemperatursvepelektronmikroskopi i Sainsbury Laboratory vid Cambridge University. Detta låter oss observera trä på nanometerskala – och se strukturer som är över 6 000 gånger mindre än ett enda människohår – samtidigt som vi bevarar träets fukt för att ge en mer exakt bild av hur träet ser ut medan trädet lever.
Vi studerade olika träd i Cambridge University Botanic Garden för att förstå utvecklingen av trästrukturer. Vi samlade levande prover av växter som representerar viktiga milstolpar i evolutionens historia. Dessa växter är en kort promenad till mikroskopet, vilket gör att vi kan undersöka proverna utan att de torkar ut.
Vi fann att storleken på makrofibrillen, en fiber som huvudsakligen består av cellulosa, som är den grundläggande kemiska byggstenen i trä och ger växter styrkan att växa sig höga, varierar avsevärt mellan lövträ och barrträd. I lövträ, som ek och lönn, mäter makrofibrillen cirka 16 nanometer (nm) i diameter, medan den i barrträd som tall och gran är cirka 28 nm. Dessa skillnader kan förklara varför barr- och lövträ är olika och kan hjälpa oss att ta reda på varför vissa träslag är bättre på att lagra kol än andra.
Att förstå hur trä utvecklades kan hjälpa oss att identifiera och utnyttja växter som kan mildra klimatförändringarna. Enbart tulpanträdet berättar inte detta, så vi gick längre tillbaka i tiden och undersökte basala angiospermer, en grupp sällsynta och uråldriga blommande växter som fortfarande finns kvar som rester av de tidigaste stadierna av växtutvecklingen. En medlem i denna grupp är Amborella trichopoda, som har de större 28 nm makrofibrillerna, vilket tyder på att lövträsmakrofibriller kom senare än barrträd.
Men när exakt hände det? För att svara på denna fråga utforskade vi magnolia-familjen, inklusive den lilablommiga Magnolia liliiflora, som är några av de äldsta överlevande blommande växterna som är kända för sin prydnadsskönhet. De vi testade har lövträliknande makrofibriller med en diameter på 15-16 nm, vilket innebär att bytet från barrträ till lövträ troligen inträffade under utvecklingen av magnoliorna.
Tulpanträdet är en nära släkting till magnoliorna, men dess trä passar inte in i kategorierna barrträ eller lövträ. Istället hade dess makrofibriller en diameter på cirka 22 nm – mitt i intervallet mellan lövträ och barrträd. Denna mellanstruktur var helt oväntad och ledde till att vi klassificerade tulpanträd som ”mellanträd”, en helt ny kategori.
Varför har tulpanträd denna unika träsort? Vi kan inte säga säkert, men vi tror att det är relaterat till det evolutionära tryck som dessa träd stod inför miljontals av er ars sedan.
När tulpanträd först utvecklades sjönk atmosfärens CO₂-nivåer från cirka 1 000 miljondelar (ppm) till 500 ppm. Denna minskning av tillgänglig CO₂ kan ha drivit tulpanträd att utveckla en mer effektiv metod för kollagring, vilket leder till deras unika makrofibrillerstruktur. Idag bidrar denna anpassning sannolikt till deras exceptionella förmåga att binda kol.
Vi kan inte längre anta, när vi tittar på ett tidigare ostuderat träd, att det faller inom samma två kategorier (barrträ eller lövträ) som forskare har placerat träd i i flera år. Tulpanträdet, med sin mellanträdsstruktur, motsvarar en ”kolhungrig” attityd. Vi tittar nu på om dess till synes unika trästruktur är den enda anledningen till att den är kungen av kolavskiljning, och vi breddar vår sökning för att ta reda på om det finns fler mellanvedsträd – eller ännu fler nya träsorter där ute.
Dessa fynd understryker vikten av botanisk forskning och den roll som samlingar, som de vid Cambridge University Botanic Garden, spelar för att avslöja nya insikter inom växtvetenskap. Nästa gång du besöker en botanisk trädgård, kom ihåg att det fortfarande finns många mysterier gömda i växtriket som väntar på att bli upptäckta.
Raymond Wightman, Imaging Core Facility Manager, Sainsbury Laboratory, University of Cambridge
Jan Łyczakowski, Postdoctoral Research Fellow in Plant Biotechnology, Jagiellonian University
Detta är en översatt artikel från The Conversation publicerad efter medgivande. Översättning av Henrik Persson. Översättarens anmärkning:Tulpanträd går att odla även i delar av Sverige och används främst i parkmiljöer.