Grazie alla loro distribuzione mondiale, gli alberi hanno un ruolo straordinario nella rimozione di quantità eccessive di CO ₂ rilasciati nell'atmosfera dall'attività umana. Finora, però, non esiste uno strumento per calcolare con precisione l'assorbimento di anidride carbonica degli alberi durante l'intero ciclo di vita. Utilizzando una sequenza decennale di anelli di crescita annuali da alberi di pino, scienziati presso il Centro NMR presso il Centro Biologico Chimico dell'Università di Umeå, (KBC) hanno introdotto una tecnica altamente avanzata per tracciare il metabolismo del carbonio delle piante e i suoi controlli ambientali. Questa tecnica pone le basi per parametrizzazioni molto migliorate dei cambiamenti climatici e dei modelli di vegetazione globale.

Anidride carbonica (CO ₂ ) l'assorbimento da parte della fotosintesi delle piante è generalmente visto come un modo per contrastare le concentrazioni in costante aumento nella CO . atmosferica ₂ e cambiamento climatico. In esperimenti a breve termine, CO . elevata ₂ è stato scoperto che aumenta la fotosintesi, ma è incerto se questo effetto fortuito persisterà nei prossimi decenni e in condizioni climatiche mutevoli.

I ricercatori del Dipartimento di Biochimica Medica e Biofisica dell'Università di Umeå hanno lavorato negli ultimi anni per sviluppare metodi che consentano il perfezionamento dei modelli climatici, valutare il ruolo delle piante per ridurre la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, e anche per chiarire come il metabolismo delle piante è influenzato dai cambiamenti climatici. Non è possibile rispondere a queste domande utilizzando esperimenti a breve termine, quindi i ricercatori di Umeå utilizzano archivi di materiale vegetale, e ricercare tracce di processi nel corso di decenni. Nelle precedenti pubblicazioni, il gruppo di ricerca di Juergen Schleucher ha mostrato che i modelli di vegetazione dovrebbero considerare l'intero metabolismo delle piante. In precedenza hanno utilizzato materiale vegetale storico negli erbari per studiare lo sviluppo della fotosintesi e del metabolismo nelle piante per un periodo di tempo più lungo e quindi sono stati in grado di fare previsioni per il futuro in condizioni climatiche mutate.

Con la loro ultima pubblicazione sulla rivista Rapporti scientifici , Thomas Wieloch e i suoi colleghi a Umeå, Austria, La Svizzera e gli Stati Uniti segnalano un metodo innovativo per esaminare il metabolismo di un albero durante tutta la sua vita. Come usare un microscopio invece di una lente d'ingrandimento, gli specialisti NMR hanno misurato i rapporti degli isotopi di carbonio (13C/12C) in tutte e sei le singole posizioni C-H nel glucosio fotosintetico. Questo è in contrasto con le tecniche convenzionali, che non risolvono le singole posizioni C-H, ma determinare un valore medio su tutte le posizioni glicemiche. In una serie di anelli di alberi di pino nero (Pinus nigra), il team ha trovato diversi nuovi segnali che riportano sui processi metabolici oltre alla CO ₂ assorbimento. Così, il nuovo approccio estrae segnali più ben definiti, e moltiplica il contenuto informativo degli archivi di piante come gli anelli degli alberi.

Gli scienziati hanno quindi esaminato gli anelli degli alberi di 11 specie di alberi distribuite in tutto il mondo. "I nostri risultati su 11 specie di alberi mostrano che i rapporti 13C/12C nelle singole posizioni C-H lasciano un'impronta digitale della regolazione del metabolismo, che sembra essere simile per tutte le specie, ", ha detto Thomas Wieloch.

"Abbiamo rilevato diversi segnali 13C finora sconosciuti nelle molecole di cellulosa dei nostri campioni di anelli degli alberi risolti annualmente. Ciò significa che oltre alla CO ₂ assorbimento, altri processi metabolici influenzano anche i rapporti 13C / 12C nelle singole posizioni C-H, e i segnali che riportano su questi processi possono essere recuperati dalle serie di anelli degli alberi. Le serie di anelli degli alberi possono coprire migliaia di anni, quindi anche le domande su questo lasso di tempo possono essere affrontate, " spiega Thomas Wieloch.

"Questo studio mostra che siamo in grado di esaminare la storia metabolica degli alberi con una risoluzione molto più elevata, in modo che possiamo eventualmente rilevare se gli alberi si acclimatano in climi mutevoli, "dice il professor Juergen Schleucher, uno dei due direttori del Centro NMR di Umeå. "Speriamo davvero che la nostra scoperta che i rapporti 13C/12C variano tra le singole posizioni C-H della cellulosa degli anelli degli alberi produca interpretazioni migliori dei segnali degli isotopi 13C/12C per il ciclo globale del carbonio. Sulla base di questo recente studio, si passerà ora a proporre meccanismi fisiologici per l'origine dei nuovi segnali metabolici, in modo che alla fine possiamo decifrare come aumentare la CO ₂ in combinazione con il cambiamento climatico influirà sulla crescita degli alberi per decenni".

"Questa più recente ricerca NMR di Umeå potrebbe essere molto rilevante per la silvicoltura perché potrebbe fornire ai ricercatori del clima fatti di base migliori per i loro modelli e dare ai decisori nuove idee su come adattare i loro piani di gestione forestale e rendere più realistiche le stime della produzione di alberi, "dice Juergen Schleucher.