Scoperto un tipo di legno completamente nuovo che potrebbe essere molto efficiente nello stoccaggio del carbonio

Lo studio “Convergent and adaptive evolution drove change of secondary cell wall ultrastructure in extant lineages of seed plants”, pubblicato su New Phytologist da Jan J. Lyczakowski dell’Uniwersytet Jagielloński w Krakowie e da Raymond Wightman del Sainsbury Laboratory dell'Università di Cambridge,   ha scoperto che gli alberi dei tulipani, che sono imparentati con le magnolie e possono crescere fino a oltre 30 metri di altezza, hanno un tipo di legno unico finora sconosciuto.  Secondo i ricercatori britannici e polacchi «Questa scoperta potrebbe spiegare perché gli alberi, che si sono differenziati dalle magnolie quando le concentrazioni atmosferiche di  CO2 sulla Terra erano relativamente basse, crescono così alti e così velocemente».

E’ una scoperta che apre nuove opportunità per migliorare la cattura e lo stoccaggio del carbonio nelle piantagoni forestali grazie a un albero a crescita rapida che finora era confinato ai giardini ornamentali oppure  riproducendo/ingegnerizzando il legno simile al Tulip Tree in altre specie di alberi 

L’eccezionale scoperta scientifica dell’esistenza di un “nuovo” tipo di legno è stata fatta da scienziati dell'Università Jagellonica di Cracovia durante uno studio evolutivo sulla struttura microscopica del legno di 33 specie di alberi delle Living Collections del Cambridge University Botanic Garden  che ha esplorato come l'ultrastruttura del legno si è evoluta nei legni teneri (gimnosperme come pini e conifere) e nei legni duri (angiosperme tra cui quercia, frassino, betulla ed eucalipti).  GlI scienziati hanno raccolto da una selezione di alberi del Giardino Botanico campioni freschi di legno  depositati nella precedente stagione di crescita primaverile e rappresentativi della storia evolutiva delle popolazioni di gimnosperme e angiosperme mentre divergevano ed evolvevano.  Utilizzando il microscopio elettronico a scansione a bassa temperatura (cryo-SEM) del Sainsbury Laboratory, hanno ripreso e misurato le dimensioni dell'architettura su scala nanometrica delle pareti cellulari secondarie (legno) nel loro stato idratato nativo.

Wightman, responsabile della struttura di microscopia del Sainsbury Laboratory, spiega che «Abbiamo analizzato alcuni degli alberi più iconici del mondo, come la sequoia costiera , il pino di Wollemi e i cosiddetti "fossili viventi" come l' Amborella trichopoda , che è l'unica specie sopravvissuta di una famiglia di piante che è stata il primo gruppo ancora esistente a evolversi separatamente da tutte le altre piante da fiore. I dati del nostro sondaggio ci hanno fornito nuove intuizioni sulle relazioni evolutive tra la nanostruttura del legno e la composizione della parete cellulare, che differisce nei lignaggi delle piante angiosperme e gimnosperme. Le pareti cellulari delle angiosperme possiedono unità elementari caratteristiche più strette, chiamate macrofibrille, rispetto alle gimnosperme e questa piccola macrofibrilla è emersa dopo la divergenza dall'antenato Amborella trichopoda». 

I ricercatori hanno scoperto che «Le due specie sopravvissute dell'antico genere Liriodendron, comunemente note come albero dei tulipani (Liriodendron tulipifera) e albero dei tulipani cinese (Liriodendron chinense), presentano macrofibrille molto più grandi rispetto alle loro parenti latifoglie. Le macrofibrille delle angiosperme delle latifoglie hanno un diametro di circa 15 nanometri e le macrofibrille delle gimnosperme di legno tenero a crescita più rapida hanno macrofibrille più grandi, da 25 nanometri. Gli alberi dei tulipani hanno macrofibrille che misurano qualcosa che sta nel mezzo: 20 nanometri.

Il Liriodendron tulipifera è originario dell'America settentrionale, mentre il Liriodendron chinense è una specie nativa della Cina centrale e meridionale e del Vietnam.

Łyczakowski evidenzia che «Dimostriamo che i Liriodendri hanno una struttura macrofibrillare intermedia che è significativamente diversa dalla struttura del legno tenero o duro. I Liriodendri si sono separati dagli alberi di magnolia circa 30-50 milioni di anni fa, il che ha coinciso con una rapida riduzione della CO2 atmosferica. Questo potrebbe aiutare a spiegare perché gli alberi dei tulipani sono altamente efficaci nello stoccaggio del carbonio».

Il team di ricerca pensa che siano le macrofibrille più grandi presenti in questo “legno intermedio” o “legno accumulatore” a essere alla base della rapida crescita degli alberi dei tulipani.

Łyczakowski fa notare che «Entrambe le specie di alberi dei tulipani sono note per essere eccezionalmente efficienti nello stoccare il carbonio, e la loro struttura macrofibrillare allargata potrebbe essere un adattamento per aiutarle a catturare e immagazzinare più facilmente grandi quantità di carbonio quando la disponibilità di carbonio atmosferico si stava riducendo. Gli alberi dei tulipani potrebbero finire per essere utili per le piantagioni per la cattura del carbonio. Alcuni Paesi dell'Asia orientale stanno già utilizzando  piantagioni di Liriodendron  per stoccare in modo efficiente il carbonio, e ora pensiamo che questo potrebbe essere correlato alla nuova struttura del suo legno». 

Łyczakowski fa notare che «Nonostante la sua importanza, sappiamo poco su come la struttura del legno si evolve e si adatta all'ambiente esterno. In questa ricerca abbiamo fatto alcune nuove scoperte chiave: una forma completamente nuova di ultrastruttura del legno mai osservata prima e una famiglia di gimnosperme con legno duro simile alle angiosperme invece del tipico legno tenero delle gimnosperme.  I principali elementi costitutivi del legno sono le pareti cellulari secondarie ed è l'architettura di queste pareti cellulari a conferire al legno la densità e la resistenza su cui facciamo affidamento per la costruzione. Le pareti cellulari secondarie sono anche il più grande deposito di carbonio nella biosfera, il che rende ancora più importante comprenderne la diversità per promuovere i nostri programmi di cattura del carbonio per aiutare a mitigare il cambiamento climatico».

Lyczakowski e Wightman hanno anche analizzato le macrofibrille della parete cellulare di due gimnosperme della famiglia delle Gnetofite, Gnetum gnemon e Gnetum edule, e hanno confermato che «Entrambe presentano un'ultrastruttura secondaria della parete cellulare, sinonimo delle strutture della parete cellulare del legno duro delle angiosperme. Questo è un esempio di evoluzione convergente in cui le Gnetofite hanno sviluppato indipendentemente una struttura simile al legno duro, normalmente riscontrabile solo nelle angiosperme.»

La ricerca sul legno è stata condotta nel 2022 nel Giardino Botanico dell'università di Cambridge, mentre il Regno Unito era alle prese con la quarta estate più calda mai registrata  e Wightman conclude: «Pensiamo che questa potrebbe essere la più grande indagine sulle piante legnose mai realizzata utilizzando un microscopio crioelettronico. E’ stato possibile effettuare un'indagine così ampia sul legno fresco idratato solo perché il Sainsbury Lab si trova all'interno dei terreni del Cambridge University Botanic Garden. Abbiamo raccolto tutti i campioni durante l'estate del 2022, raccogliendoli al mattino presto, congelandoli in azoto ultra-freddo e quindi riproducendoli fino a mezzanotte.  Questa ricerca illustra il valore e l'impatto continui che gli orti botanici hanno nel contribuire alla ricerca moderna. Questo studio non sarebbe possibile senza una selezione così diversificata di piante rappresentate attraverso il tempo evolutivo, tutte cresciute insieme nello stesso posto nelle collezioni del Cambridge University Botanic Garden».