과학자들은 탄소 저장에 매우 효율적일 수 있는 완전히 새로운 목재를 발견했습니다.

세계에서 가장 상징적인 나무와 관목에서 나무의 미세한 구조에 대한 진화론적 조사를 수행하는 연구자들이 완전히 새로운 유형의 나무를 발견했습니다.

이 발견은 관상용 정원에서 흔히 볼 수 있는 빠르게 자라는 나무를 심음으로써 인공림의 탄소 격리를 개선할 수 있는 새로운 기회를 열 수 있습니다.

연구에 따르면 목련과 관련이 있고 키가 100피트 이상까지 자랄 수 있는 튤립 나무는 활엽수나 침엽수 범주에 속하지 않는 독특한 유형의 목재를 가지고 있는 것으로 나타났습니다.

Jagiellonian 대학과 캠브리지 대학의 과학자들은 저온 주사 전자 현미경(cryo-SEM)을 사용하여 기본 수화 상태의 2차 세포벽(목재)의 나노 규모 구조를 이미지화했습니다.

연구자들은 고대의 살아남은 두 종을 발견했습니다. 리리오덴드론 일반적으로 튤립나무로 알려진 속(리리오덴드론 튤립페라) 및 중국 튤립나무(리리오덴드론 차이넨스) 거대섬유는 단단한 나무에 속하는 것보다 훨씬 더 큽니다. 거대섬유는 2차 세포벽의 층에 정렬된 긴 섬유입니다.

에 발표된 연구의 주요 저자 새로운 식물학자Jagiellonian University의 Jan Łyczakowski 박사는 다음과 같이 말했습니다. 리리오덴드론 연목이나 경목의 구조와 크게 다른 중간 거대섬유 구조를 가지고 있습니다. 리리오덴드론 약 3천만~5천만년 전 목련나무에서 갈라졌는데, 이는 대기 중 CO2의 급격한 감소와 일치합니다.2. 이는 튤립 나무가 탄소 저장에 매우 효과적인 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.”

팀은 튤립 나무의 급속한 성장 뒤에 있는 이 “중재” 또는 “축적재”에 있는 더 큰 거대원섬유라고 의심합니다.

Łyczakowski는 다음과 같이 덧붙였습니다. “두 튤립 나무 종 모두 탄소를 고정하는 데 매우 효율적인 것으로 알려져 있으며, 이들의 확대된 거대섬유 구조는 대기 탄소의 가용성이 감소할 때 더 쉽게 더 많은 양의 탄소를 포착하고 저장하는 데 도움이 되는 적응일 수 있습니다. 튤립 나무는 결국 탄소 포집 농장에 유용할 수 있습니다. 일부 동아시아 국가에서는 이미 튤립 나무를 사용하고 있습니다. 리리오덴드론 탄소를 효율적으로 가두는 농장이 있는데, 이제 우리는 이것이 새로운 목재 구조와 관련이 있을 수 있다고 생각합니다.”

리리오덴드론 튤립페라 북아메리카가 원산지이며 리리오덴드론 차이넨스중국 중부와 남부, 베트남의 자생종입니다.

이번 발견은 침엽수(소나무, 침엽수와 같은 겉씨식물)와 활엽수(참나무, 물푸레나무, 자작나무, 유칼립투스를 포함한 속씨식물) 전반에 걸쳐 목재 초구조가 어떻게 진화했는지 탐구하는 캠브리지 대학 식물원의 살아있는 컬렉션에서 33종의 나무 종을 조사한 결과였습니다.

Łyczakowski는 다음과 같이 말했습니다: “중요성에도 불구하고 우리는 목재 구조가 외부 환경에 어떻게 진화하고 적응하는지에 대해 거의 알지 못합니다. 우리는 이번 조사에서 몇 가지 중요한 새로운 발견했습니다.

“목재의 주요 구성 요소는 2차 세포벽이며, 우리가 건축에 의존하는 목재의 밀도와 강도를 제공하는 것은 이러한 세포벽의 구조입니다. 2차 세포벽은 또한 생물권에서 가장 큰 탄소 저장소입니다. 따라서 기후 변화를 완화하는 데 도움이 되는 탄소 포집 프로그램을 발전시키기 위해 다양성을 이해하는 것이 더욱 중요합니다.”

목재 초구조체

목재 초구조는 재료 구성 요소의 배열과 조직을 포함하는 목재의 상세한 미세한 구조를 나타냅니다. 극저온 주사 전자현미경을 사용한 목재 조사에서는 다음 사항에 중점을 두었습니다.

• 2차 세포벽: 이는 주로 셀룰로오스와 기타 복합당으로 구성되어 있으며 리그닌을 함침시켜 전체 구조를 단단하게 만듭니다. 이러한 구성 요소는 거대섬유, 2차 세포벽 내에서 별개의 층으로 배열된 길게 정렬된 섬유를 형성합니다.
• 거대섬유: 이것은 현재 cryoSEM을 사용하여 측정할 수 있는 가장 작은 구조이며 두께는 10~40나노미터 정도입니다. 이는 셀룰로오스 미세섬유(3-4 나노미터)와 기타 구성요소로 구성됩니다.

목재 초구조를 연구하는 것은 목재 가공, 재료 과학, 나무의 생태학적 및 진화적 측면을 이해하는 등 다양한 응용 분야에 매우 중요합니다. 나무 성장과 목재 퇴적의 이면에 있는 생물학을 이해하는 것도 탄소 포집을 계산할 때 중요한 정보입니다.

캠브리지 대학 식물원의 살아있는 컬렉션

목재 샘플은 정원 컬렉션 코디네이터인 Margeaux Apple과 협력하여 Cambridge University Botanic Garden의 나무에서 수집되었습니다. 이전 봄 재배 기간에 퇴적된 신선한 목재 샘플을 선별된 나무에서 수집하여 겉씨식물과 속씨식물 개체군의 분기 및 진화 과정의 진화 역사를 반영했습니다.

케임브리지 대학교 세인즈베리 연구소의 현미경 핵심 시설 관리자인 Raymond Wightman 박사는 다음과 같이 말했습니다: “우리는 자이언트 세쿼이아, 울레미 소나무와 같은 세계에서 가장 상징적인 나무들과 소위 “살아있는 화석”이라고 불리는 나무들을 분석했습니다. 암보렐라 트리코포다는 다른 모든 꽃 피는 식물과 별도로 진화한 최초의 아직 존재하는 그룹인 식물과의 유일한 생존 종입니다.

“우리의 조사 데이터는 피자식물과 겉씨식물의 계보에 따라 달라지는 나무 나노구조와 세포벽 구성 사이의 진화적 관계에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다. 속씨식물 세포벽은 겉씨식물에 비해 거대섬유라고 불리는 특징적으로 더 좁은 기본 단위를 가지고 있으며 이는 작은 거대섬유는 갈라진 후에 출현했다.”

Lyczakowski와 Wightman은 또한 Gnetophytes과에 속하는 두 가지 나자 식물의 세포벽 거대섬유를 분석했습니다.그네툼 그네몬 그리고성공을 위한 그네툼— 그리고 둘 다 속씨식물의 단단한 나무 세포벽 구조와 동의어인 2차 세포벽 미세구조를 가지고 있음을 확인했습니다.

이것은 Gnetophytes가 일반적으로 피자 식물에서만 볼 수 있는 견목형 구조를 독립적으로 진화시킨 수렴 진화의 예입니다.

이번 조사는 영국이 4차 대전으로 더위를 겪고 있을 때 진행됐습니다.

Wightman은 “우리는 이것이 저온전자현미경을 사용하여 목본 식물에 대해 실시한 조사 중 가장 큰 조사가 될 수 있다고 생각합니다”라고 말했습니다. “Sainsbury 연구소가 Cambridge University Botanic Garden 부지 내에 위치해 있기 때문에 신선한 수화 목재에 대한 이러한 대규모 조사를 수행할 수 있었습니다. 우리는 2022년 여름 동안 모든 샘플을 수집했습니다. 초저온 슬러시 질소에 샘플을 넣은 다음 자정까지 샘플을 이미징합니다.

“이 연구는 식물원이 현대 연구에 기여하는 지속적인 가치와 영향력을 보여줍니다. 이 연구는 케임브리지 대학의 같은 장소에서 함께 자라는 진화론적 시간을 통해 대표되는 다양한 식물 선택이 없었다면 불가능했을 것입니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/07/240730202343.htm